项目名称: 量子无相消子空间中MIMO量子密钥分发系统的关键技术研究

项目编号: No.61472094

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2015

项目学科: 自动化技术、计算机技术

项目作者: 肖海林

作者单位: 桂林电子科技大学

项目金额: 80万元

中文摘要: 将多输入多输出(MIMO)技术应用于量子密钥分发系统,在自由空间中理论上能实现远距离、高速大容量信息安全传输。然而,量子系统与实际环境相互作用导致量子消相干,严重影响量子密钥分发过程中的信息处理,导致大量信息传输丢失。现有研究表明,量子消相干已成为限制MIMO量子密钥分发系统性能的瓶颈,且量子无消相干子空间(DFS)又是解决消相干问题的一条重要途径。因此,本项目拟开展DFS-MIMO量子密钥分发系统的关键技术研究,具体包括:1)研究稳定子码理论及其相应的逻辑操作算子,提出量子编译码新型构造方法,克服消相干构建DFS。2)开展DFS-MIMO量子密钥分发系统分集与复用技术的研究,解决MIMO量子密钥分发中信号同步问题。3)扩展量子密钥分发协议,生成Krause算符和约化密度矩阵,研究DFS-MIMO量子密钥分发系统容量。本项目的研究成果可为量子信息系统安全及高速数据传输技术提供理论支撑。

中文关键词: 系统安全;数据安全;安全协议;量子密钥分发;MIMO

英文摘要: Quantum secure communication is a process of quantum key distribution(QKD), multiple-input multiple-output (MIMO) quantum key distribution system can achieve the long-range, high-rate quantum key transmission capacity in free space. Such this system can enable a number of receivers to communicate simultaneously with a number of transmitter elements, which consequently increases the overall quantum key distribution bit rate. However, when a quantum system interacts with its environment, the so-called quantum decoherence effect will normally destroy the coherence in the quantum state and the entanglement between its systems, and cause quantum transmission information loss. Quantum decoherence effect has been viewed as a bottleneck of limiting system performance of MIMO quantum key distribution system, and one promising solution to this problem has been provided by the concept of quantum decoherence-free subspaces (DFS). Therefore, this proposal will focus on capacity theory research of MIMO quantum key distribution system in decoherence-free subspaces. The main research contents are described as follows. First, we investigate stabilizer codes theory and generate the corresponding logical operators, and propose new encoding and decoding construction method that can overcome decoherence in order to establish DFS of quantum key distribution system. Second, we study diversity and multiplexing transmission mechanism of DFS-MIMO quantum key distribution system, and solve signal synchronization problem. Third, we extend quantum key distribution protocol, generate Krause operators and reduced density matrix, and carry out capacity theory reseach of DFS-MIMO quantum key distribution system. These researches will provide theoretical support for information system security and high-speed data transmission technology.

英文关键词: system security;data security;security protocols;quantum key distribution;multiple-input multiple-output

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