量子密码光通信（点击图片查看详细介绍）

成果三：设计了多种量子密码通信理论方案，研制了量子数据加解密通信演示系统和量子身份认证样机系统

       融合量子硬件和量子软件的量子计算机作为“矛”可快速攻破经典密码系统，那么如何铸造坚固的“盾”保证量子计算机时代的信息安全？围绕这个问题，申请者深入地进行了量子密码的理论和实验研究。

1. 理论研究方面，设计了多种QKD理论方案、数据协商方案和随机数产生方案，分别介绍如下：首先，申请者设计了一种基于连续变量量子纠缠态的量子直接通信方案[PRA,73,012314(2006)]，该成果发表后，立刻引起国际同行的兴趣。第一，国际量子密码通信方面学者A.Messikh教授在我们工作基础上开展了系列研究，发表了多篇学术论文。①在其发表在 [PRA,75,034301(2007)]上的论文中进一步证明了上述工作的安全性条件，表明利用我们提出的纠缠参数可以成功检测出窃听者Eve的存在。在其论文摘要中指出：“We study the validity of the entanglement parameter introduced in a recent publication by Guangqiang et al. (PRA73,012314(2006)) for detecting Eve, the eavesdropper. ”。②他们证明了我们的方案不但可以抵御高斯克隆攻击策略，也能够抵御反高斯克隆攻击策略 [JPB, 40,1153(2007)]。在其论文摘要中强调“We investigate the security of a model based on continuous variable QKD with EPR correlations against Gaussian clone–anti-clone attacks,……，However, a secure key can still be generated for the transmission coefficient of the quantum channel bigger than 0.5. Thus, the model is secure for clone–anti-clone attacks.”。③基于我们的理论模型，采用外差检测技术他们证明可以获得更长的传输距离和更好的成码率[JPB 43, 135503(2010)]。其文中提到“We use the model introduced in [PRA,73,012314(2006)]”。第二，北京邮电大学杨伯君教授在其主编的教材《量子通信基础》中将我们提出的连续变量量子直接通信方案作为唯一重点介绍的连续变量量子密码方案录入，并做详细分析。第三，该成果获得2006年度全国量子光学大会研究生优秀论文奖。
                        
                                                   图1. 基于CVEPR纠缠对的量子安全通信方案
2. 其次，申请者采用光放大器延长了四态离散调制连续变量QKD的安全传输距离，提高了密钥分发速率[PRA 86，022338(2012)]。另外，申请者发现采用减光子非高斯操作可极大地提高密钥分发系统的性能[PRA 87，012317(2013)]，该论文被[PRL112，070402(2014)]等多篇论文所引用。

                                

                                                   图2. 四进制调制相干态的连续变量量子密钥分发方案

                                  

                                                   图3. 利用非高斯操作提高连续变量量子密钥分发性能

3. 申请者在理论研究的基础上，研制了一套基于相干光纤通信系统的连续变量量子密码通信演示系统，可同时实现QKD和量子数据加密，利用该系统进行了语音以及数据安全传输演示实验。在此基础上进一步研究了相关核心技术，申请和授权两项技术发明专利，该成果先后荣获了2004年度“3M创意奖学金”一等奖和2005年度上海高校学生创造发明“三枪杯”奖，上海新闻晚报给予了报道，并受邀参加了由上海市科技成果促进会组织的发明展览，获得好评。
          

4. 相关成果：

   1) Guangqiang He*, Jun Zhu, Guihua Zeng, Quantum secure communication using continuous variable Einstein-Podolsky-Rosen correlations, Physical Review A (2006) 73, 012314

   2) Heng Zhang, Jian Fang and Guangqiang He*, Improving the performance of the four-state continuous-variable quantum key distribution by using optical amplifiers, Physical Review A (2012) 86, 022338

   3) Peng Huang, Guangqiang He*, Jian Fang and Guihua Zeng, Performance improvement of continuous-variable quantum key distribution via photon subtraction, Physical Review A (2013) 87, 012317