马 荔, 李 扬, 杨 杰, 黄 伟, 罗钰杰, 徐兵杰

西南通信研究所 保密通信重点实验室, 成都610041

1 引言

量子密钥分发(quantum key distribution, QKD)[1–3]基于量子力学原理, 可实现信息论可证安全的密钥分发, 是量子信息技术中最接近实用化的研究方向之一. 其主要技术途径可分为离散变量(discrete variable, DV)[4,5]和连续变量(continuous variable, CV)[6–12]两大类. 连续变量量子密钥分发(continuous variable quantum key distribution, CV-QKD) 技术采用光场的正则分量来编码密钥信息, 因其与传统光通信网络兼容性好且具备高码率潜能, 极具发展前景. 最常见的CV-QKD 协议是GG02 类协议[13,14], 其量子态制备简单、易于实现, 是目前广泛使用的CV-QKD 协议.

典型的CV-QKD 系统包括量子信号传递与数据后处理两个步骤. 提高CV-QKD 系统的性能, 通常从两方面开展研究. 一方面是优化CV-QKD 系统的光电关键技术, 比如, 过噪声控制[15,16]、后处理纠错能力优化[17–22]; 另一方面是优化CV-QKD 系统的协议参数[23]. 本文主要从CV-QKD 系统协议参数优化的角度开展研究.

在实际的CV-QKD 系统中, 当信道传输距离发生变化时, 需要相应地改变量子信号的调制方差以优化系统性能. 在实际系统中, 信道透射率、过噪声、电噪声、探测效率在外界环境变化不大的情况下通常变化不大, 调制方差将显著影响系统的信噪比, 而后处理中数据协商的实际效果与数据信噪比紧密相关,因此, 调制方差直接影响系统安全码率的大小. 针对CV-QKD 系统的调制方差最优化问题是CV-QKD系统性能优化的重要问题. 已有的调制方差优化方法通常假定在某个特定传输距离下, 数据协商的协调效率和……