有限长诱骗态量子密钥分配安全界限度量方法研究

Practical quantum key distribution (QKD) system usually apply decoy-sate method to tackle the security threat of multi-photon pulses from practical imperfect source. The number of pulses and length of post-processing data within certain operating time are both finite. Thus, the practical QKD mainly exists in the form with decoy-state method and finite resources. In this subject, we will have a deep research on the measurement method for bounding the security of QKD system with finite resources and the design theory of decoy-state method followed by performance analysis and comparison. With the tight security bound under finite resources built on quantum uncertain relation or non-cloning principle, we hope to design practical decoy-state methods with high efficiency. We will propose a finite-key security bound and an effective decoy-state estimation method for the counterfactual and measurement device independent QKD, respectively. The research findings of this subject will provide theoretical basis for the performance analysis of practical QKD system and have significant scientific meanings and pragmatic value for its engineering implementation and large scale application.

实际量子密钥分配（QKD）系统通常采用诱骗态方法来进行光源调制以解决实际光源多光子脉冲带来的安全隐患问题，实际诱骗态QKD系统在一定运行时间内的光脉冲数及数据处理长度是有限的，其产生的密钥往往也是有限长的，因此有限长诱骗态QKD系统是目前QKD实际系统的主要实现形式。本课题将深入研究量子密钥分配的密钥有限长安全界限度量方法、诱骗态方案设计理论并开展相关性能分析，基于量子不确定关系或者不可克隆原理来构建更加紧致的密钥有限长安全界限，设计高效实用的诱骗态方案，探索反直觉QKD方案和测量无关型QKD方案的密钥有限长安全界限度量方法及高效诱骗态方案。本课题的研究成果可以为实际QKD系统的性能分析提供理论依据，对于量子密钥分配的工程实现与规模化应用具有重要的科学意义和实用价值。

实际量子密钥分配（QKD）系统通常采用诱骗态方法来进行光源调制以解决实际光源多光子脉冲带来的安全隐患问题，实际诱骗态QKD系统在一定运行时间内的光脉冲数及数据处理长度是有限的，其产生的密钥往往也是有限长的，因此有限长诱骗态QKD系统是目前QKD实际系统的主要实现形式。本项目深入研究了量子密钥分配的密钥有限长安全界限度量方法及诱骗态方案设计理论并开展了相关性能分析，基于量子不确定关系提出了若干新型量子密钥分配协议（包括半设备无关协议、强度涨落诱骗态协议）的更加紧致的密钥有限长安全界限度量方法，给出了不同现实条件下若干量子密钥分配协议（包括环回差分协议、高维编码协议、双向协议）的密钥有限长安全界限度量界限，并设计了优化匹配的诱骗态方案，探索研究了新型测量无关型量子密钥分配方案（包括三方测量无关协议、基矢编码测量无关协议）的有限长安全界限度量方法。项目研究成果可为量子密钥分配形成实际产品提供重要理论依据，对于推动量子密钥分配的实用化具有重要的科学意义。