连续变量量子保密通信

第1章连续变量量子保密通信概述1 1.1量子密钥分发2 1.1.1基本假设3 1.1.2性能指标4 1.1.3主要协议类型4 1.2量子密钥分发网络5 1.2.1光纤量子密钥分发网络5 1.2.2星地量子密钥分发网络10 1.3连续变量量子密钥分发11 参考文献16 第2章连续变量量子密钥分发理论基础25 2.1数学基础25 2.1.1Hilbert空间25 2.1.2矩阵计算29 2.1.3重要的概率分布31 2.2量子力学基础32 2.2.1量子态32 2.2.2量子算符33 2.2.3对易关系34 2.2.4量子测量34 2.2.5密度矩阵36 2.2.6Schmidt正交分解与纯化37 2.3量子光学基础38 2.3.1自由电磁场的量子化38 2.3.2Fock态40 2.3.3相干态41 2.3.4压缩态43 2.3.5相干光45 2.3.6相空间和Wigner函数45 2.3.7高斯操作47 2.3.8量子态计算的数值矩阵表示48 2.4香农熵与经典信息论基础49 2.4.1基础知识49 2.4.2香农熵及其相关性质52 2.4.3微分熵及其相关性质58 2.4.4香农熵的可操作性解释60 2.5冯·诺依曼熵与量子信息论基础63 2.5.1基础知识63 2.5.2冯·诺依曼熵及其相关性质66 2.5.3连续变量的冯·诺依曼熵71 2.5.4量子与经典关联72 2.5.5Holevo定理与Holevo界73 参考文献76 连续变量量子保密通信 ｜目录｜ 第3章连续变量量子密钥分发协议78 3.1常见协议简介78 3.1.1协议物理部分简介78 3.1.2协议后处理部分简介81 3.2单路协议84 3.2.1高斯调制类协议84 3.2.2离散调制类协议91 3.3双路协议95 3.3.1原始双路协议95 3.3.2改进双路协议97 3.3.3一维调制双路协议99 3.4测量设备无关协议101 3.4.1相干态测量设备无关协议101 3.4.2压缩态测量设备无关协议103 3.4.3一维调制测量设备无关协议106 参考文献108 第4章连续变量量子密钥分发理论安全性110 4.1安全性分析基础110 4.1.1基本假设110 4.1.2PM模型与EB模型等价性112 4.1.3安全性分析框架与信道窃听方式114 4.2GG02协议116 4.2.1个体窃听下的安全性分析117 4.2.2联合窃听下的安全性分析118 4.3无开关协议125 4.3.1个体窃听下的安全性分析126 4.3.2联合窃听下的安全性分析127 4.3.3相干窃听下的安全性分析139 4.4四态调制协议140 4.4.1个体窃听下的安全性分析141 4.4.2联合窃听下的安全性分析141 4.5高阶离散调制协议153 4.5.1个体窃听下的安全性分析153 4.5.2联合窃听下的安全性分析153 4.6改进双路协议158 4.6.1个体窃听下的安全性分析158 4.6.2联合窃听下的安全性分析159 4.7相干态测量设备无关协议171 4.7.1个体窃听下的安全性分析173 4.7.2联合窃听下的安全性分析173 4.8压缩态测量设备无关协议178 4.8.1个体窃听下的安全性分析178 4.8.2联合窃听下的安全性分析178 参考文献184 第5章系统关键器件建模与安全性分析188 5.1连续变量量子密钥分发系统188 5.1.1系统结构概述190 5.1.2系统关键器件与模块191 5.2光源非理想性建模与安全性分析193 5.2.1光源非理想性对系统性能影响193 5.2.2光源非理想性来源与特性199 5.3探测器非理想性建模与安全性分析217 5.3.1探测器非理想性来源与特性217 5.3.2探测器非理想性建模与安全性分析221 5.4偏振控制器非理想性建模与安全性分析229 参考文献233 第6章高斯后选择技术对协议的改进237 6.1无噪线性放大器237 6.2协议的改进239 6.2.1NLA对GG02协议的改进240 6.2.2NLA对存在光源噪声的GG02协议和无开关协议的改进243 6.2.3NLA对四态协议的改进250 6.2.4NLA对相干态MDI协议的改进254 参考文献257 第7章非高斯后选择技术对协议的改进260 7.1减光子操作与其等价的非高斯后选择260 7.2协议的改进263 7.2.1非高斯后选择对GG02协议的改进263 7.2.2非高斯后选择对测量设备无关协议的改进266 参考文献272 第8章光放大器对协议的改进274 8.1光放大器模型及原理274 8.1.1相位敏感光放大器274 8.1.2相位非敏感光放大器275 8.2协议的改进276 8.2.1PSA对高斯调制压缩态零差探测协议的改进276 8.2.2PSA对GG02协议的改进278 8.2.3PSA对一维调制相干态协议的改进281 8.2.4PSA和PIA对双路协议性能的改进287 参考文献293