量子通信系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

第1章量子通信技術發(fā)展1
1.1通信技術的發(fā)展1
1.2保密通信3
1.3密碼學3
1.3.1密碼學的發(fā)展4
1.3.2密碼學的分類6
1.4量子計算與量子通信8
1.4.1量子計算的優(yōu)勢9
1.4.2傳統(tǒng)保密通信中的困難11
1.4.3量子通信的興起12
1.5國內(nèi)外量子通信戰(zhàn)略13
1.5.1國外戰(zhàn)略布局13
1.5.2國內(nèi)戰(zhàn)略發(fā)展20
1.6國內(nèi)外量子通信技術發(fā)展22
1.6.1國外發(fā)展現(xiàn)狀22
1.6.2國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀24
1.7注記25
參考文獻26
第2章量子力學基礎27
2.1常用概念及工具27
2.1.1希爾伯特空間27
2.1.2量子態(tài)28
2.1.3量子態(tài)疊加28
2.1.4量子比特29
2.1.5光子編碼30
2.1.6直積態(tài)和糾纏態(tài)31
2.1.7量子糾纏純化32
2.1.8量子門33
2.2量子力學基本理論34
2.2.1海森堡測不準原理35
2.2.2量子不可克隆定理36
2.2.3EPR悖論37
2.3注記39
參考文獻39
目錄量子通信系統(tǒng)設計與實現(xiàn)第3章量子密鑰分發(fā)41
3.1量子密鑰分發(fā)的原理與發(fā)展41
3.1.1量子密鑰分發(fā)原理41
3.1.2協(xié)議研究進展43
3.2部分典型量子密鑰分發(fā)協(xié)議45
3.2.1BB84協(xié)議45
3.2.2B92協(xié)議47
3.2.3E91協(xié)議48
3.2.4典型協(xié)議安全性分析50
3.3誘騙態(tài)MDIQKD協(xié)議51
3.4注記53
參考文獻54
第4章量子安全直接通信55
4.1量子安全直接通信的原理與發(fā)展55
4.1.1量子安全直接通信原理56
4.1.2量子安全直接通信與量子密鑰分發(fā)57
4.1.3量子安全直接通信協(xié)議發(fā)展57
4.2部分量子安全直接通信協(xié)議59
4.2.1高效量子安全直接通信協(xié)議59
4.2.2乒乓協(xié)議60
4.2.3LM05協(xié)議61
4.2.4兩步量子安全直接通信協(xié)議62
4.2.5改進兩步量子安全直接通信協(xié)議64
4.2.6一次一密量子安全直接通信協(xié)議68
4.2.7高維量子安全直接通信協(xié)議69
4.2.8其他GHZ量子安全直接通信協(xié)議70
4.2.9抗噪聲的量子安全直接通信協(xié)議71
4.3注記72
參考文獻72
第5章量子隱形傳態(tài)75
5.1量子隱形傳態(tài)的原理與發(fā)展75
5.1.1量子隱形傳態(tài)原理75
5.1.2量子隱形傳態(tài)協(xié)議發(fā)展77
5.2量子隱形傳態(tài)的主要類別78
5.2.1分離變量量子隱形傳態(tài)78
5.2.2連續(xù)變量量子隱形傳態(tài)79
5.2.3受控量子隱形傳態(tài)81
5.3注記82
參考文獻83
第6章量子秘密共享85
6.1量子秘密共享的產(chǎn)生85
6.2量子秘密共享協(xié)議研究86
6.2.1典型量子秘密共享86
6.2.2安全直接通信下的量子秘密共享87
6.2.3多方與多方的量子秘密共享87
6.2.4動態(tài)量子秘密共享88
6.2.5半量子秘密共享89
6.2.6局部操作和經(jīng)典通信下的量子秘密共享89
6.3典型協(xié)議介紹90
6.3.1第一個量子秘密共享協(xié)議——HBB90
6.3.2雙光子三維Bell態(tài)量子秘密共享協(xié)議92
6.4注記94
參考文獻94
第7章量子通信中的關鍵技術97
7.1量子光源制備技術97
7.1.1單光子源98
7.1.2糾纏光源100
7.2量子隨機數(shù)發(fā)生技術101
7.2.1量子隨機數(shù)研究現(xiàn)狀概述102
7.2.2基于光子路徑選擇的量子隨機數(shù)103
7.2.3設備無關的量子隨機數(shù)105
7.2.4基于量子隧穿效應的量子隨機數(shù)106
7.2.5基于庫侖阻塞效應的量子隨機數(shù)108
7.3單光子探測技術109
7.3.1基于光電倍增管的單光子探測109
7.3.2基于雪崩二極管的單光子探測111
7.3.3超導單光子探測112
7.4量子中繼技術114
7.4.1量子中繼的原理114
7.4.2量子中繼方案115
7.5量子編碼技術116
7.5.1量子編碼的問題116
7.5.2量子編碼的發(fā)展117
7.6注記118
參考文獻118
第8章量子通信中的安全問題121
8.1側(cè)信道攻擊誘發(fā)的安全性研究121
8.2實用量子通信器件安全性分析概述122
8.2.1光源安全問題123
8.2.2有源光學器件安全問題124
8.2.3無源光學器件安全問題126
8.2.4探測器安全問題127
8.3波長攻擊130
8.3.1波長攻擊原理130
8.3.2BB84系統(tǒng)波長攻擊實驗分析133
8.3.3MDIQKD中波長攻擊下安全性分析136
8.3.4波長攻擊防御策略138
8.4注記139
參考文獻139
第9章量子通信網(wǎng)絡141
9.1量子通信網(wǎng)絡的發(fā)展141
9.2量子通信網(wǎng)絡中間節(jié)點技術方案143
9.2.1基于量子中繼的方案143
9.2.2基于光開關的方案144
9.2.3基于可信中繼的方案145
9.2.4基于多路復用器的方案146
9.2.5基于集控站的方案147
9.3各國及地區(qū)的量子通信網(wǎng)絡148
9.3.1美國DARPA量子通信網(wǎng)絡148
9.3.2美國洛斯阿拉莫斯量子通信網(wǎng)絡149
9.3.3美國巴特爾量子通信網(wǎng)絡150
9.3.4歐洲SECOQC量子通信網(wǎng)絡150
9.3.5瑞士日內(nèi)瓦量子通信網(wǎng)絡151
9.3.6西班牙馬德里量子通信網(wǎng)絡152
9.3.7中國合肥3節(jié)點和5節(jié)點量子電話網(wǎng)152
9.3.8中國蕪湖量子政務網(wǎng)153
9.3.9日本量子通信網(wǎng)絡153
9.4量子衛(wèi)星通信154
9.5量子網(wǎng)絡中的身份驗證和路由155
9.6注記156
參考文獻157
第10章典型量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)案例159
10.1量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)一般性模型159
10.1.1量子光源160
10.1.2量子態(tài)制備161
10.1.3量子信道和經(jīng)典信道161
10.1.4量子態(tài)探測162
10.1.5后處理164
10.2“plug&play”量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)164
10.2.1“plug&play”量子密鑰分發(fā)方案165
10.2.2“plug&play”系統(tǒng)主要組成和工作流程167
10.2.3結構層級劃分和模塊功能169
10.3基于連續(xù)變量的量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)171
10.3.1基于連續(xù)變量的量子密鑰分發(fā)方案171
10.3.2關鍵模塊設計173
10.3.3模塊化封裝及系統(tǒng)集成176
10.4星地量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)176
10.4.1星地量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)方案177
10.4.2星載ATP系統(tǒng)設計177
10.4.3粗精跟蹤系統(tǒng)設計180
10.5注記182
參考文獻182
附錄常見英文對照185