浅谈基于连续变量的量子通信

量子通信系统的量子隐形传态方法探究量子通信是一种基于量子力学原理的通信方式，利用量子态的特殊性质进行信息传输。

量子隐形传态是在量子通信系统中的一种重要方法，其通过特定的量子态的传输，实现信息的隐形传输。

本文将探究量子通信系统中的量子隐形传态方法及其原理和应用。

首先，我们来了解量子隐形传态的基本原理。

量子隐形传态是一种利用纠缠态的特性进行信息传输的方法。

纠缠态是指两个或多个量子系统之间的量子态高度相关，无论这些量子系统之间的距离有多远。

量子隐形传态的基本原理是将信息载体转移到一个隐形的量子系统中，然后再将其传输到目标地点，最终将信息还原出来。

量子隐形传态的方法可以分为两类：连续变量隐形传态和离散变量隐形传态。

连续变量隐形传态是利用量子态的连续性质进行信息传输，离散变量隐形传态则是利用量子态的离散性质进行信息传输。

在连续变量隐形传态方法中，常用的方法是利用光的量子特性进行传输。

例如，可以利用相干态和脉冲态等特殊的光态实现信息的传输。

在传输过程中，需要使用特定的光学元件和光学器件来处理光子的状态，并利用光的干涉和量子态的特性完成信息的转移和还原。

这种方法具有传输距离远、传输速度快等优点，因此在实际应用中具有广泛的潜力。

而在离散变量隐形传态方法中，常用的方法是通过量子比特进行传输。

量子比特是量子通信系统中的最小信息单位，可以表示0和1两种状态的叠加态。

通过将信息载体转移到一个纠缠态的比特上，然后将其传输到目标地点，再将信息还原出来，实现隐形传输。

这种方法具有较强的抗噪性能和安全性能，但受到传输距离限制，适用于较短距离的通信。

量子隐形传态作为量子通信系统中的一种重要方法，具有广泛的应用价值。

首先，量子隐形传态可以用于量子密码学中的安全通信。

由于量子隐形传态不会在传输过程中泄漏信息，因此可以有效地防止信息的窃听和篡改，保护通信的安全性。

其次，量子隐形传态可以用于量子计算机的数据传输和纠错等。

量子计算机是一种利用量子力学原理进行计算的新型计算机，其中的数据传输和纠错任务正是量子隐形传态的一个应用方向。

量子通信系统中的信道容量研究在当今信息时代，通信技术的飞速发展对于人类社会的进步起着至关重要的作用。

量子通信作为一种新兴的通信方式，凭借其独特的优势，正逐渐成为研究的热点领域。

而在量子通信系统中，信道容量是一个关键的性能指标，它直接关系到通信的效率和可靠性。

要理解量子通信系统中的信道容量，首先需要对量子通信的基本原理有一定的了解。

量子通信是基于量子力学的基本原理，利用量子态来传输信息。

与传统通信方式不同，量子通信具有一些独特的性质，如量子纠缠和量子不可克隆定理。

量子纠缠使得两个或多个粒子之间存在一种神秘的关联，即使它们相隔很远，也能瞬间影响彼此的状态。

而量子不可克隆定理则保证了量子信息的安全性，因为无法对量子态进行精确的复制。

在量子通信中，信道可以分为离散变量信道和连续变量信道。

离散变量信道通常使用单光子或纠缠光子对来传输信息，而连续变量信道则利用诸如光场的振幅和相位等连续变量来实现通信。

不同类型的信道具有不同的特点和性能，因此其信道容量的计算和分析方法也有所不同。

对于离散变量量子信道，其信道容量的研究相对较为成熟。

以二进制对称量子信道为例，其信道容量可以通过量子互信息来计算。

量子互信息是经典互信息在量子领域的扩展，它考虑了量子态的特性和测量的影响。

通过对量子态的制备和测量进行优化，可以最大程度地提高量子互信息，从而获得信道容量。

然而，连续变量量子信道的信道容量研究则要复杂得多。

这是因为连续变量的取值是无限的，而且其量子特性的描述和处理也更加困难。

目前，对于连续变量量子信道容量的计算，通常需要借助复杂的数学工具和理论，如高斯态和量子熵等。

在实际的量子通信系统中，信道往往会受到各种噪声和干扰的影响。

这些噪声和干扰会降低量子态的保真度，从而减小信道容量。

常见的噪声类型包括相位噪声、振幅噪声和散粒噪声等。

为了提高量子通信系统的性能，需要对这些噪声进行有效的抑制和补偿。

除了噪声之外，信道的损耗也是影响信道容量的一个重要因素。

全光纤四态分离调制连续变量量子密钥分发【摘要】：现代社会已经步入信息化时代,信息安全的重要性日渐凸显。

能够保障信息安全的密码学越来越受到人们的重视,其应用已渗透到人们日常生活的各个领域。

基于量子力学基本原理的量子密钥分发可以使合法通信双方获得一组的无条件安全的随机密钥,该密钥可用于信息的加密与解密,进而实现双方的保密通信,任何第三方的窃听都可以被通信双方察觉到。

量子密钥分发的无条件安全性,使得相关的理论和实验进入了一个飞速发展的时期,在未来的国防、金融、网络和通信等领域具有广阔的应用前景。

连续变量量子密钥分发利用光场的正交分量作为信息的载体,所需光源易于制备,探测效率高,同时和当前的光通信网络具有良好的兼容性,近年来受到极大关注,在理论和实验方面均得到了迅猛的发展。

按照调制方式可将相干态连续变量量子密钥分发分为高斯调制和非高斯调制方案,四态分离调制方案属于非高斯调制方案,具有调制方法简单、数据协调效率高等优点,理论上可以实现距离长达百公里以上的安全密钥分发。

本论文从理论和实验两方面对基于该方案搭建的全光纤连续变量量子密钥分发系统展开了研究。

论文首先回顾了连续变量量子密钥分发的国内外发展动态,接下来对该领域内的基础理论知识进行了介绍,并对基于平衡零拍探测的四态分离调制连续变量量子密钥分发的无条件安全性进行了分析。

然后对适用于该领域的全光纤脉冲平衡零拍探测装置的各种特性及相应测量结果进行了分析,最后介绍了基于全光纤器件的实验系统,目前已在该系统上实现了距离为30km,安全密钥速率为1kbits/s的量子密钥分发。

本论文的主要工作内容包含以下三个方面。

1.理论分析了基于平衡零拍探测的四态分离调制相干态连续变量量子密钥分发方案的两种模型,它们是制备与测量模型和EPR纠缠模型。

在制备与测量模型中介绍了所选方案的编码规则,经过编码后双方可获得一组相关联的二进制数。

在该模型下,形象地给出了信号光场以及额外噪声在相空间中的演化过程。

连续变量量子纠缠的产生和条件克隆连续变量量子纠缠的产生和条件克隆【摘要】：量子纠缠作为量子物理世界中的独特资源,它的出现改变了我们信息处理的方式,可以保证我们信息通讯的绝对安全和提供更为强大的计算能力,从而被广泛应用到量子密钥术、可控量子密集编码、量子离物传态和量子计算等量子信息科学中。

另外,空间上的多模纠缠还可以用于提高图像成像质量；不同频率之间的多组份纠缠可以用于不同波长的光学系统的联接和作为连接量子存储的原子能级和通讯窗口的桥梁。

因此量子纠缠的产生和研究已成为量子信息科学中最重要的工作之一。

本文主要研究了以下关于连续变量量子纠缠的相关内容：1.为了产生高质量的纠缠源,首要条件是获得低噪声的激光光源。

我们采用两种不同的方法对光纤激光器的噪声进行了抑制：前置电光反馈和模清洁器,抑制后光纤激光器的噪声在3MHz以后达到散粒噪声极限,最大噪声抑制高达27dB。

2.在一个参量放大器中同时产生了两对高阶模纠缠态(HG01和HG10),其中HG01模的纠缠方差为3.42,HG10模的纠缠方差为3.34。

并表明此纠缠态为同时具有轨道角动量纠缠和自旋角动量纠缠的超纠缠态,这种超纠缠态可以用于量子密集编码中,以提高量子信道容量。

在此基础上,给出了一种产生高阶模四组份cluster纠缠的产生方案,并在实验上获得了四组份cluster纠缠。

3.介绍和研究了OPO、SHG中量子多色三组份纠缠的产生情况。

对倍频过程中额外噪声产生的原因进行了分析,为下一步实验工作指明了方向。

本节中,从理论上给出了一种产生三组份纠缠的新方案,指出产生量子多色三组份纠缠的最佳过程并不是在单纯的OPO过程,也不是在SHG过程中,而是一种SHG和OPO的中间过程OPDA。

对于OPDA过程,给出了实验方案和一些实验结果,通过此过程中产生了5dB的1080nm两组份纠缠光。

此量子多色纠缠可以用于不同波长的光学系统的联接和作为连接量子存储的原子能级和通讯窗口的桥梁。

目录中文摘要 (I)ABSTRACT (III)第一章绪论 (1)1.1 量子密钥分发发展现状 (1)1.2 论文内容安排 (5)第二章连续变量量子密钥分发基础知识 (7)2.1 量子光学基本理论 (7)2.1.1 电磁场量子化 (7)2.1.2 量子不确定性原理 (9)2.1.3 量子不可克隆定理 (10)2.1.4 光子数态 (11)2.1.5 相干态 (11)2.1.6 相空间中的相干态 (12)2.2 信息论基础 (14)2.2.1 Shannon熵及其应用 (14)2.2.2 互信息量及其应用 (15)2.2.3 冯诺依曼熵及其特性 (16)2.2.4 Holevo边界 (17)2.3 基于高斯调制的连续变量量子密钥分发方案 (17)2.3.1 理论安全性分析 (18)2.3.2 实际安全性分析 (20)2.4 连续变量量子密钥分发的关键器件和关键技术 (21)2.5 本章小结 (22)第三章不完美高斯调制对连续变量量子密钥分发系统的影响 (23)3.1 研究背景 (23)3.2 不完美高斯调制对系统参数估计的影响 (24)3.2.1 不完美的振幅和相位调制 (24)3.2.2 信道参数的评估 (27)3.2.3 系统安全密钥速率的估计 (28)3.3 调制器工作参数对系统的影响及校准方法 (28)3.3.1 调制器工作参数 (29)3.3.2 调制器工作参数的精确校准 (31)3.4 本章小结 (34)第四章偏振变化对连续变量量子密钥分发系统的影响机制及高速偏振控制的实现 (35)4.1 研究背景 (35)4.2 偏振的基础知识 (35)4.3 偏振控制器 (38)4.4 偏振控制研究现状 (42)4.5 积分型光探测器 (42)4.6 FPGA硬件 (43)4.7 偏振态变化对系统关键参数的影响机制 (44)4.8 连续变量量子密钥分发系统的偏振控制单元 (45)4.9 模拟退火算法 (46)4.9.1 多步长模拟退火算法 (48)4.9.2 算法效果的测试 (49)4.10 自适应梯度算法 (51)4.11 梯度算法的测试结果 (53)4.12 连续变量量子密钥分发系统的高速偏振控制实验实现 (56)4.13 本章小结 (58)第五章连续变量纠缠态光场高保真度量子频率变换实验研究 (59)5.1 研究背景 (59)5.2 量子态频率上转换的理论基础 (60)5.3 纠缠态量子频率上转换的实验实现 (62)5.3.1 频率上转换的实验装置 (62)5.3.2 实验结果和讨论 (63)5.4 本章小结 (67)第六章总结和展望 (69)参考文献 (71)攻读学位期间取得的研究成果 (83)致谢 (85)个人简介及联系方式 (87)承诺书 (89)学位论文使用授权声明 (91)ContentsChinese Abstract (I)ABSTRACT (III)Chapter 1 Introduction (1)1.1 Research background of quantum key distribution (1)1.2 Main contents of the paper (5)Chapter 2 Fundamental knowledge of CV-QKD (7)2.1 Basic theory of quantum optics (7)2.1.1 Quantization of electromagnetic field (7)2.1.2 Heisenberg’s uncertainty principle (9)2.1.3 Quantum non-cloning theorem (10)2.1.4 Fock state (11)2.1.5 Coherent state (11)2.1.6 Coherent state in phase space (12)2.2 Basis of information theory (14)2.2.1 Shannon entropy and its application (14)2.2.2 Mutual information and its application (15)2.2.3 V on Neumann entropy and its characteristics (16)2.2.4 Holevo boundary (17)2.3 CV-QKD protocol based on Gaussian modulation (17)2.3.1 Theoretical security analysis (18)2.3.2 Practical security analysis (20)2.4 Key devices and technologies in CV-QKD (21)2.5 Conclusion (22)Chapter 3 The influence of imperfect Gaussian modulation on CV-QKD (23)3.1 Background (23)3.2 The influence of imperfect Gaussian modulation on key parameters of the QKDsystem (24)3.2.1 Imperfect amplitude and phase modulation (24)3.2.2 Evaluation of channel parameters (27)3.2.3 Estimate of security key rate (28)3.3 The influence of the elctronic-opto modulator’s parameters on the system and thecorresponding calibration methods (28)3.3.1 Modulator’s parameters (29)3.3.2 Calibration of modulator’s parameters (31)3.4 Conslusion (34)Chapter 4 Influence mechanism of polarization on CV-QKD system and high speed polarization control (35)4.1 Background (35)4.2 Basic knowledge of polarization (35)4.3 Dynamic polarization controller (38)4.4 Research background of polarization control (42)4.5 Integral photodetector (42)4.6 FPGA hardware (43)4.7 The influence mechanism of the change of SOP on the key parameters in the CV-QKD system (44)4.8 Polarization control unit in CV-QKD system (45)4.9 Simulated annealing algorithm (46)4.9.1 Multistep simulated annealing algorithm (48)4.9.2 Experimental results (49)4.10 Self-adaptive gradient algorithm (51)4.11 Experimental results of self-adaptive gradient algorithm (53)4.12 High speed polarization control based CV-QKD system (56)4.13 Conclusion (58)Chapter 5 Quantum frequency up-conversion of continuous variable entangled states (59)5.1 Background (59)5.2 Theoretical basis of quantum frequency up-conversion (60)5.3 Experiment setups of frequency up-conversion of entangled states (62)5.3.1 Experimental setup (62)5.3.2 Experimental results and discussion (63)5.4 Conclusion (67)Chapter 6 Summary and outlook (69)Biblography (71)Research achievements (83)Acknowledgment (85)Personal profiles (87)Letter of commitment (89)Authorization statement (91)中文摘要近年来，高效安全的信息传输日益受到人们的关注。

连续变量量子保密通信技术 王怀胜;杨杰 【摘 要】综述连续变量量子保密通信技术发展历史和现状,概述了国内外的重要理论以及实验成果,分析了连续变量量子保密通信技术的发展趋势和进一步发展所面临的关键问题,探讨未来重点突破方向,提出相应的发展建议.

【期刊名称】《信息安全与通信保密》 【年(卷),期】2015(000)007 【总页数】6页(P86-91) 【关键词】量子保密通信;量子密码;连续变量 【作 者】王怀胜;杨杰 【作者单位】中国电子科技集团公司第三十研究所,四川成都610041;中国电子科技集团公司第三十研究所,四川成都610041

【正文语种】中 文 【中图分类】TN918.91

0 引言 现代社会对信息资源、信息技术、信息产业的依赖程度越来越大，信息安全问题日益突出。信息安全问题是关系国防安全的战略问题，关系着国家和民族的根本利益，单纯依靠现有经典技术很难从根本上解决这一难题。量子保密通信，即量子密钥分发(Quantum Key Distribution，QKD)，是目前科学界公认的无条件安全(unconditional secure)保密通信方式，具有极高的军用和民用意义，是当前国际高科技竞争的前沿热点问题。 QKD技术主要分为离散变量(即单光子)和连续变量两大技术途径。经过近三十年的发展，单光子QKD技术发展已经较为成熟，却依然存在如下局限性。第一，单光子量子信号产生困难。实际系统中一般采用微弱激光脉冲来代替单光子，该方法效率较低，而且有一定几率产生多光子，产生潜在的安全漏洞，必须结合诱骗协议才能抵御光子数分离攻击。第二，通信波段单光子检测成本高、速率低、效率低，技术相对不成熟，未达到商用水平。第三，成本高昂。与单光子技术相比，连续变量技术一般以高斯态变量作为信号载波，利用光场的振幅和相位分量作为信号载体，采用平衡零差探测技术对经强度和相位调制后的光信号进行检测从而获得信息，无需单光子源和单光子探测器，大部分器件与经典相干光通信通用，具有高重复频率和高密钥速率的发展潜能，在成本和性能方面具有突出优势，发展前景光明。2013年之前，连续变量量子保密通信的无条件安全性证明和数据后处理存在较大难度，其受重视程度和发展成熟度远不如单光子技术。 2013年以来，连续变量量子保密通信(CVQKD)在理论研究和实验技术上有了巨大的飞跃:利用相空间上的旋转不变性，连续变量相干态CVQKD协议的无条件安全性首次被严格证明;高性能连续变量纠错码方案被提出并实时实验实现。上述两项工作为CVQKD的实际应用扫清了障碍。2013年，法国高等光学所法布里实验室的研究人员实现了80km传输距离的光纤CVQKD系统，将之前的最远传输距离世界纪录提升三倍，大大提升了CVQKD技术的实用性。CVQKD技术是未来量子保密通信技术的重要发展方向，虽然当前的CVQKD技术相关成果仍然主要停留在实验室阶段，但在关键基础理论和实验技术已基本解决的情况下，相信CVQKD技术将在不远的将来迎来快速发展，实用化进程得到极大促进。推进CVQKD技术的实用化与产品化、关注CVQKD的实际安全性正当其时。 本文将综述CVQKD的技术发展历史和现状，分析技术发展趋势，探讨未来重点突破方向，提出发展建议。 1 连续变量量子保密通信技术的发展里现状 1.1 澳大利亚 CVQKD技术研究起源于澳大利亚。1999年，澳大利亚国立大学的T.Ralph首次提出CVQKD协议，并简要分析了其安全性［1，2］。随后，昆士兰大学的M.Reid提出了一个基于连续连续变量纠缠态的离散调制CVQKD协议［3］。2004年，澳大利亚国立大学的C.Weedbrook提出了基于高斯调制相干态和外差检测的无开关协议(no－switching protocol)［4］，该协议可在保证无条件安全性的前提下提高安全密钥产生速率，是主流CVQKD协议之一。次年，国立大学的A.Lance等首次实验验证了无开关协议［5］。2013年，昆士兰大学的N.Walk等完成了高斯后选择条件下CVQKD协议无条件安全性证明［6］。 1.2 欧洲 法国在CVQKD技术的理论研究与实验技术上代表了当前世界最高水平。2002年，法国高等光学研究所法布里实验室的F.Grosshans和P.Grangier首次提出基于高斯调制相干态和平衡零差检测的CVQKD协议——GG02协议［7］。GG02协议是首个现有技术条件下切实可行的CVQKD协议，是当前最主流的CVQKD协议。2002年，F.Grosshans等改进了CVQKD协议数据协调算法，首次提出了反向协调思想，解决了正向协调算法的3dB极限问题［8］。2003年，F.Grosshans等提出了CVQKD协议的纠缠等价模型(见图1)，建立了CVQKD协议安全分析理论框架［9］。 图1 GG02协议的自由空间演示实验和纠缠等价模型 2003年，法国法布里实验室与比利时布鲁塞尔自由大学合作，首次实验实现自由空间信道GG02协议CVQKD系统(见图1)［10］，该成果发表于《Nature》。2005 年，法布里实验室的 J.Lodewyck等设计了基于光纤信道的CVQKD系统方案，为实现CVQKD技术的光纤网络化做出了大胆尝试［11］。2007年，J.Lodewyck等实验演示了25公里全光纤GG02协议CVQKD系统，系统采用了时分复用的方式将本振光和信号光在同一光纤信道中传输，并利用高效LDPC码来实现实时的数据反向协调，系统的重复频率为500 KHz，安全码率 2.2kbit/s［12］。2009 年，法布里实验室的S.Fossier等进行了CVQKD系统外场测试，该系统采取时分复用和偏振复用并用技术，利用LDPC码实现反向协调，并通过自动反馈控制技术调节系统稳定性，在15公里的光纤信道中生成8kbit/s的量子密钥，稳定运行时间达57小时［13］。 2011年，巴黎高等电信研究院的A.Leverrier等针对低效率连续变量密钥协商算法严重影响CVQKD安全传输距离的问题，首次提出高效多维协商算法［14］。随后，A.Leverrier等又提出基于离散调制的CVQKD协议——四态协议，大大缓解了协调效率对CVQKD系统的限制［15］。2012年，巴黎高等电信研究院的P.Jouguet等分析了非理想高斯调制，探测器校准误差、激光器相位噪声等实际非理想因素对系统性能的影响［16］，并设计实现了基于CVQKD技术的点对点对称加密链路，在17.7公里的光纤信道中稳定运行时间长达六个月［17］。同年，法布里实验室的R.Blandino等指出，在反向协调下，新型线性无噪光放大器(NLA)可提升基于高斯调制相干态的CVQKD协议的安全距离和噪声抗性，这无疑对CVQKD技术的推广具有重要意义［18］(见图2)。 图2 线性无噪光放大器及其对CVQKD的改善作用 2013年，P.Jouguet等大幅度改善了GG02协议CVQKD系统(见图3)，利用多维协商算法和GPU技术将CVQKD系统的数据协调效率提高到95%左右，进而将光纤CVQKD系统实验传输距离大幅提升至80公里，在此传输距离下安全码率接近1kbit/s［19］。 图3 长距离CVQKD传输实验原理图 1.3 加拿大 2007年，加拿大多伦多大学Bing Qi等实验实现了全光纤信道GG02协议 QKD 系统［26］。2011年，该团队 Y.Chi等对CVQKD系统的平衡零差探测器的噪声分析与设计实现做出了详尽的论述［27］。2012年，C.Weedbrook等设计了基于热场态的CVQKD协议，分析了微波频段CVQKD技术的可行性［28］。随后，C.Weedbrook证明了当纠缠源不受合法通信方控制时，CVQKD协议的安全性依然可以保持［29］。 1.4 美国 美国的CVQKD成果报道主要集中于2010年之前。近年来，美国对包括单光子技术在内的所有QKD技术都极少报道。据分析，美国很可能已经开展了QKD技术的实际应用。 2000年，美国纽约城市大学亨特学院的M.Hillery首次提出了一个基于压缩态的连续载波离散调制的保密通信方案［30］。次年，加州理工的D.Gottesman和微软公司的J.Preskill提出了一种基于压缩态的CVQKD协议，并利用量子纠错码首次证明了CVQKD协议的无条件安全性［31］。 在协议优化方面，麻省理工的S.Pirandola等于2008年首次提出了双路CVQKD协议［34］，大大提高了CVQKD协议可容忍噪声阈值。2009年，乔治亚理工的Q.Xuan等实验实现了光纤信道四态 CVQKD协议，传输距离为24.2公里时安全码率达3.45kbit/s［35］。 1.5 中国 在国内，基于光纤的对连续变量量子密钥分发的研究也在逐渐展开，并在一些理论问题上取得了重要成果，这些成果主要集中在光源噪声的建模、双路量子密钥分发协议、连续变量协议安全性等一些方面。主要研究单位有北京大学、北京邮电大学、上海交通大学和中国科技大学等。 2 连续变量量子保密通信技术发展趋势 受限于发展时间短，当前CVQKD系统的技术成熟度不高，但其在量子态制备、探测以及和经典光纤通讯网络融合方面有更大的发展潜力。2013年，法国的P.Jouguet等人在连续变量系统后处理纠错技术上取得突破，完成了80km的CVQKD实验，充分验证了CVQKD技术的发展潜能，具备了构建城域网能力。同年，CVQKD协议理论安全性证明取得巨大飞跃，Furrer和Leverrier等人严格证明了有限码长条件下高斯CVQKD协议的无条件安全性，为CVQKD技术的应用扫清了障碍。 然而，连续变量量子密钥分发技术要真正走向实际应用，当前面临的主要问题如下:第一、技术成熟度相对较低，性能指标有待提升。尤其是，CVQKD系统的安全码率和传输距离有待提高，与实际应用要求有差距。要真正提升CVQKD系统的实际性能，可从两方面着手——实验技术方面提升光源、调制、探测、稳定控制、后处理等关键器件模块的性能指标，理论研究方面改进协议、数据后处理方法以提升协议性能。CVQKD系统性能在很大程度上取决于协议优化和数据后处理理论的进展，如采用后选择技术或提升数据协调的效率和速率等都可有效提升系统性能。现阶段从协议层面、理论层面提出改进，优化协议数据后处理方法等对提升CVQKD系统性能十分重要。第二、实际安全性有待进一步提升，针对量子黑客攻击的防御手段不足。CVQKD协议在理论上被证明具备无条件安全性，但并不完全等价于实际CVQKD系统的安全性。研究实际CVQKD系统的安全漏洞及相应的量子黑客攻防，对保证CVQKD系统的实际安全性具有重要意义。上述两点是现阶段制约CVQKD发展的瓶颈问题，是当前CVQKD领域的学术研究热点，也代表着CVQKD技术现阶段的发展趋势。 此外，相对于业界领先的法布里实验室，国内研究单位基本具备了部分关键技术，

量子通信中的量子密钥分发协议研究在当今信息时代，信息的安全传输至关重要。

量子通信作为一种新兴的通信技术，为信息安全提供了前所未有的保障。

其中，量子密钥分发协议是量子通信的核心部分，它能够实现无条件安全的密钥交换，为加密通信提供了坚实的基础。

量子密钥分发协议的基本原理是基于量子力学的基本原理，如量子态的不可克隆定理和测不准原理。

简单来说，量子态是非常脆弱的，一旦被测量就会发生改变，而且无法被精确复制。

这就使得攻击者无法在不被发现的情况下窃取量子密钥。

BB84 协议是量子密钥分发中最经典的协议之一。

在这个协议中，发送方（Alice）随机选择两种不同的基（通常称为偏振基）来制备量子态，并将其发送给接收方（Bob）。

Bob 也随机选择基来进行测量。

然后，Alice 和 Bob 通过公开信道比较他们所使用的基。

那些基相同的测量结果就可以用来生成密钥。

由于攻击者无法事先知道 Alice 所使用的基，所以无法准确获取密钥而不被发现。

然而，BB84 协议在实际应用中也面临一些挑战。

例如，量子信道中的噪声会导致量子态的失真，从而影响密钥的生成效率和安全性。

为了解决这个问题，科学家们提出了一系列改进的协议，如B92 协议。

B92 协议相对于 BB84 协议来说，在量子态的制备和测量上更为简单。

它只使用了两种特定的量子态，但同时也降低了密钥生成的效率。

尽管如此，B92 协议在某些特定的场景下仍然具有一定的应用价值。

除了上述协议，还有 E91 协议。

E91 协议利用了量子纠缠的特性来实现密钥分发。

量子纠缠是一种非常奇特的量子现象，两个处于纠缠态的粒子，无论它们相距多远，对其中一个粒子的测量会瞬间影响到另一个粒子的状态。

通过利用这种特性，E91 协议可以在一定程度上提高密钥分发的安全性。

在实际的量子密钥分发系统中，除了协议的选择，还需要考虑许多其他因素。

例如，光源的质量、探测器的效率、信道的损耗等等。

高质量的光源能够产生更稳定的量子态，提高密钥分发的成功率。