面向城域接入的连续变量量子密钥分发技术*

doi:10.12267/j.issn.2096-5931.2023.07.007

信息通信技术与政策 ›› 2023, Vol. 49 ›› Issue (7): 53-59.doi: 10.12267/j.issn.2096-5931.2023.07.007

面向城域接入的连续变量量子密钥分发技术^*

Continuous-variable quantum key distribution for metropolitan and access networks

张一辰¹, 边一铭¹, 王恒², 喻松¹, 徐兵杰², 郭弘³

1.北京邮电大学电子工程学院,北京 100876
2.西南通信研究所,成都 610041
3.北京大学电子学院,北京 100871

收稿日期:2023-06-10 出版日期:2023-07-25 发布日期:2023-08-03
作者简介:
张一辰北京邮电大学电子工程学院副教授,博士生导师,主要从事量子密码技术等方面的研究工作
边一铭北京邮电大学电子工程学院博士研究生在读,主要从事连续变量量子密钥分发理论及试验等方面的研究工作
王恒西南通信研究所高级工程师,主要从事连续变量量子密钥分发理论及试验等方面的工作
喻松北京邮电大学电子工程学院教授,博士生导师,中国密码学会量子密码专业委员会委员,国际无线电科学联盟委员,主要从事量子密码和量子时频传递等方面的研究工作
徐兵杰西南通信研究所研究员,博士生导师,中国密码学会量子密码专业委员会委员,主要从事量子密码技术等方面的研究工作
郭弘北京大学电子学院博雅特聘教授,博士生导师,量子信息技术研究中心主任,量子电子学研究所所长,国家杰出青年科学基金获得者。“十二五”国家863计划“量子”专家组组长,“十三五”、“十四五”科技委“量子”领域专家组、重大方向专家组、主题专家组首席科学家,中国密码学会量子密码专业委员会副主任等。长期从事量子磁探、量子时频、量子密码、量子开放系统与纠缠动力学等量子技术理论及应用等方面的研究工作

ZHANG Yichen¹, BIAN Yiming¹, WANG Heng², YU Song¹, XU Bingjie², GUO Hong³

1. School of Electronic Engineering, Beijing University of Posts and Telecommunications, Beijing 100876, China
2. Institute of Southwestern Communication, Chengdu 610041, China
3. School of Electronics, Peking University, Beijing 100871, China

Received:2023-06-10 Online:2023-07-25 Published:2023-08-03

摘要/Abstract

摘要：

相干态连续变量量子密钥分发技术是量子保密通信的重要手段,其通过制备、传输和测量高斯调制或离散调制的相干态来实现具有理论无条件安全性的密钥提取,具有与经典光通信产业兼容性高、中短传输距离下安全码率高、可支持点对多点密钥分发等优势,适合在城域和接入网中大规模部署。调研综述了连续变量量子密钥分发技术的协议、安全性理论、系统化与网络化发展现状,针对城域网和接入网应用场景下的连续变量量子密钥分发关键技术进行了梳理,并对连续变量量子密钥分发技术未来发展趋势进行了展望。

关键词: 量子保密通信, 量子密钥分发, 连续变量, 城域接入距离, 网络化

Abstract:

Continuous-variable quantum key distribution using coherent states is an important means of quantum secure communications. It usually realizes key distillation with theoretical unconditional security through the preparation, transmission and measurement of coherent states. It has the advantages of high compatibility with coherent optics communications, high secret key rate within metropolitan area, supporting point-to-multipoint key distribution, and is suitable for large-scale deployment in metropolitan and access networks. This perspective article reviews the protocols, security theory, systematization, and networking development status of continuous-variable quantum key distribution, sorts out the key technologies used in the application scenarios of metropolitan and access networks, and looks forward to its future development trend.

Key words: quantum secure communications, quantum key distribution, continuous variable, metropolitan and access distance, networking

中图分类号:

TN929.11

张一辰, 边一铭, 王恒, 喻松, 徐兵杰, 郭弘. 面向城域接入的连续变量量子密钥分发技术^*[J]. 信息通信技术与政策, 2023, 49(7): 53-59.

ZHANG Yichen, BIAN Yiming, WANG Heng, YU Song, XU Bingjie, GUO Hong. Continuous-variable quantum key distribution for metropolitan and access networks[J]. Information and Communications Technology and Policy, 2023, 49(7): 53-59.

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图/表 6

参考文献 16

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类型	时间/年	主要研究单位	主要指标	备注
随路本振	2003	法国法布里实验室	75 kbit/s @3.1 dB	首个试验验证
	2007	法国法布里实验室	2 kbit/s @25 km	—
	2013	法国巴黎高等电信学校	0.2 kbit/s @80 km	首个远距离试验
	2016	中国上海交通大学	0.4 kbit/s @100 km	—
	2019	中国北京大学-北京邮电大学联合团队	5.77 kbit/s @49.85 km	商用光纤外场最远距离
	2019	新加坡南洋理工大学	0.25 Mbit/s @2 m	首个芯片化系统
	2020	中国北京大学-北京邮电大学联合团队	6.128 bit/s @202.81 km	实验室最远距离
本地本振	2015	美国橡树岭国家实验室	—	首个本地本振结构实现
	2015	美国桑迪亚国家实验室	42.45 kbit/s @5 m	首个本地本振结构实现
	2022	中国西南通信研究所、北京邮电大学	52.48 Mbit/s @25 km	实验室最高速率
	2022	丹麦理工大学	4.71 Mbit/s @20.3 km	首个组合安全性试验
	2023	中国山西大学	2.11 Mbit/s @80 km	—
	2023	中国西南通信研究所、北京邮电大学	0.51 Mbit/s @100 km	本地本振系统最远距离

类型	时间/年	主要研究单位	主要指标	备注
随路本振	2003	法国法布里实验室	75 kbit/s @3.1 dB	首个试验验证
	2007	法国法布里实验室	2 kbit/s @25 km	—
	2013	法国巴黎高等电信学校	0.2 kbit/s @80 km	首个远距离试验
	2016	中国上海交通大学	0.4 kbit/s @100 km	—
	2019	中国北京大学-北京邮电大学联合团队	5.77 kbit/s @49.85 km	商用光纤外场最远距离
	2019	新加坡南洋理工大学	0.25 Mbit/s @2 m	首个芯片化系统
	2020	中国北京大学-北京邮电大学联合团队	6.128 bit/s @202.81 km	实验室最远距离
本地本振	2015	美国橡树岭国家实验室	—	首个本地本振结构实现
	2015	美国桑迪亚国家实验室	42.45 kbit/s @5 m	首个本地本振结构实现
	2022	中国西南通信研究所、北京邮电大学	52.48 Mbit/s @25 km	实验室最高速率
	2022	丹麦理工大学	4.71 Mbit/s @20.3 km	首个组合安全性试验
	2023	中国山西大学	2.11 Mbit/s @80 km	—
	2023	中国西南通信研究所、北京邮电大学	0.51 Mbit/s @100 km	本地本振系统最远距离

面向城域接入的连续变量量子密钥分发技术^*

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