相干态的连续变量量子保密通信的物理基础和关键技术研究

量子保密通信中最核心最重要的部分是量子密钥分配，它是指在通信双方产生一个共享密钥以实现安全通信的技术。连续变量量子密钥分配是继单光子之后提出的一种新的，可供选择的量子保密通信方案。最初的连续变量量子密钥分配协议是借助于量子力学中的纠缠或压缩而产生的，但随后又提出了更简单易行的相干态的量子密钥分配方案。基于相干态的量子保密通信，目前国际上有两种主流方案，一种是欧洲的以"BB84"协议为背景结合反向调和协议的方案，其优点是便于光纤传输，但需要相位随机控制，实验难度大，而且后续处理过于复杂，限制了通信速率；另一种是澳大利亚国立大学的无开关协议，该协议便于执行，传输效率高，但不利于远程传输。两种方案各有优缺点，本项目结合二者的优点提出了一种新的，更利于实用化的实验方案，并在实验上用1550nm的通信光源加以实现，以此为基础建立相干态的量子保密通信实验平台，研究其物理基础和关键技术。

在本项目的支持下，我们完成了整个实验系统的设计，搭建了连续变量量子通信实验研究平台。在理论方面研究了离散调制方案下，无开关协议的安全性，以及交叉相位调制对量子和经典通信复合系统的影响。在实验技术方面，我们首先实现了自由空间中的高速连续变量量子密钥分发，解决了部分关键技术，抑制了光源噪声，并相继研发了高速低噪声的平衡零拍探测器，实用化的小型化随机数发生器，利用FPGA数字电路实现了对光学谐振腔的锁定和光纤中光学相位的控制。其次，初步实现了后续数据的调和处理，并研制了一套数据调和软件，都达到了预期效果。最后，初步实现了大于10km的全光纤连续变量量子密钥分发实验。项目研究期间，在国内外发表了5篇学术论文，全部被SCI或EI收录，包括两篇PRA。