集体噪声信道下容错的量子密钥分配协议
第15卷 第6期 太赫兹科学与电子信息学报Vo1．15，No．6 2017年12月 Journal of Terahertz Science and Electronic Information Technology Dec．，2017 文章编号：2095-4980(2017)06-0921-07
集体噪声信道下容错的量子密钥分配协议
高 昊，陈晓光，钱松荣
（复旦大学通信科学与工程系，上海 200433）
摘 要：近年来，量子通信成为一个比较活跃的研究领域。由于理论上的无条件安全性以及实际应用中的可行性，量子密钥分配是量子通信中非常重要的组成部分。而集体噪声信道下的量
子密钥分配协议一直被广泛研究。本文提出一种改进的集体噪声信道下容错的量子密钥分配协议，
以及一种可行的密钥协商方案。本协议的量子比特效率达到28.57%，是所有针对集体噪声容错的
量子密钥分配协议中最好的，由此提高了量子密钥分配时的效率。
关键词：量子通信；量子密钥分配；集体噪声；量子比特效率
中图分类号：TN929.11文献标志码：A doi：10.11805/TKYDA201706.0921
Fault-tolerant Quantum Key Distribution protocols under
collective noise channel
GAO Hao，CHEN Xiaoguang，QIAN Songrong
(Department of Communication Science & Engineering，Fudan University，Shanghai 200433，China)
Abstract：Recently, quantum communication has become a very popular research field. Quantum Key Distribution(QKD) plays an important role in the field of quantum communication, based on its
unconditional security in terms of theory and feasibility in applications. Among all kinds of QKD protocols,
QKD protocols resisting collective noise are widely studied. In this paper, an improved fault-tolerant QKD
protocol resisting collective noise is proposed and a feasible plan for information reconciliation is
presented. The proposed protocol’s qubit efficiency has achieved 28.57%, which is the best among all the
fault-tolerant QKD protocols against collective noise, indicating that the proposed protocol can improve
the transmission efficiency of quantum key distribution.
Keywords：quantum communication；Quantum Key Distribution；collective noise；qubit efficiency
量子密钥分配协议的设计是用来让通信双方Alice和Bob建立一个共享的安全密钥，即使面对一个全能的窃听者，这个密钥也是绝对安全的。1984年Bennett和Brassard提出了著名的量子密钥分配的概念，并提出了第一个量子密钥分配协议(BB84协议)[1]。自此，针对量子密钥分配展开了大量研究，并取得了一系列的研究成果。不过许多已有的量子密钥分配方案[1-2]都是基于量子信道为理想信道这一假设所进行的讨论。实际上通信双方需要通过光纤来传输光子，而在传输过程中，量子信道中会有噪声影响。因此，在量子协议的执行过程中，很难区分由噪声引起的错误以及由窃听者所产生的错误。也就是说，窃听者可以让通信双方误以为这些错误均是由噪声导致的。目前集体噪声是量子密码学中被广泛讨论的一个问题。
2004年，集体噪声信道下容错的量子密钥分配方案被WANG提出[3]。之后，YANG[4]和CHANG等[5]也提出了类似的容错量子密钥分配方案。但他们的方案中都没有注意到：即使他们的方案是容错的，还是需要有密钥协商这一过程，而且他们方案的量子比特效率都不够高。本文使用Bell态对集体噪声信道下容错的量子密钥分配方案进行改进，从而提高了量子比特效率，并提出了一种可行的密钥协商方案。
1 预备知识
1.1 集体噪声
集体噪声主要可被分为2种：集体相移噪声和集体旋转噪声。
收稿日期：2017-05-11；修回日期：2017-07-02
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