研究目的
提出一种通过光散射大芯径多模光纤实现量子安全波前整形的新方法，用于高维远程密钥的安全建立。
研究成果
所提出的方法通过多模光纤采用量子安全的波前整形程序，实现了高维远程密钥的安全建立，为量子密钥分发提供了一种不依赖纠缠量子态且无需经典后处理即可直接解码的新途径。
研究不足
该方法需要对波前整形进行精确控制，并且可能对影响光纤的环境干扰敏感。
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[2019年德国慕尼黑激光与电光学欧洲会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC)（2019.6.23-2019.6.27）] 2019年激光与电光学欧洲会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 多模光纤量子密钥建立方法
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[2019年德国慕尼黑激光与电光学欧洲会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC)（2019.6.23-2019.6.27）] 2019年激光与电光学欧洲会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 多模光纤量子密钥建立方法
DOI：10.1109/cleoe-eqec.2019.8872879
出版年份：2019
更新时间：2025-09-11 14:15:04
摘要：
在信息时代，安全通信变得至关重要。量子通信协议的发展为信息提供了绝对安全的传输方式。历史上，量子密钥分发（QKD）采用二维偏振基编码信息，而长距离通信的关键要素是单模光纤。但这种方式本质上将每个光子的信息容量限制为1比特。如今，学界正致力于提升单条量子安全光路的数据承载能力。大芯径多模光纤支持多种横向光学模式，有望实现更高密度的信息传输。本文提出了一种安全高维远程密钥建立的全新概念：通过量子安全的波前整形技术，利用散射光的大芯径多模光纤传输信息。该方法天然适配高维字母表，核心原理如图1所示——发送符号时，Alice制备能使光子在光纤输出端面特定点聚焦的波前。光子在光纤中始终呈现所有模式的无序叠加态。若窃听者（Eve）拦截，光子会在其探测器上近乎随机坍缩（即便相同符号的不同副本也会产生差异）。唯有到达Bob端时，光子才会空间定位，使Bob能明确识别符号。与主流QKD协议不同，本方法无需使用两个随机切换的互易基即可检测窃听攻击。此外，信息以确定性方式传输，接收端可直接解码而无需经典后处理?；诠庀说奶匦?，本方法能自然延伸安全通信距离。研究表明：当符号编码为单光子时，该方法具有量子安全性；且不要求光子处于纠缠（或其他特殊）量子态——弱相干态（即使每符号使用多个光子）仍能保证协议安全性。我们通过将信息编码至阶跃折射率多模光纤导模分解的少光子脉冲，实验表征了这种新型密钥交换方法的系统特性。
作者：
Lyubov V. Amitonova，Tristan B. H. Tentrup，Ivo M. Vellekoop，Pepijn W. H. Pinkse
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