1、量子通信由于其無(wú)條件安全性而得到了廣泛的重視，取得了快速的發(fā)展。目前它的分支主要包括量子密鑰分發(fā)、量子秘密共享、量子安全通信以及量子認(rèn)證等。在量子密鑰分發(fā)中，由于目前還沒(méi)有實(shí)用的完美單光子源，通常采用弱相干光經(jīng)過(guò)衰減近似地代替單光子源，因此可能存在光子數(shù)目分割攻擊，誘騙態(tài)量子密鑰分發(fā)的思想也就因此而產(chǎn)生了。并且隨著量子通信的發(fā)展，點(diǎn)到點(diǎn)量子通信必然要過(guò)渡到多個(gè)用戶的量子通信網(wǎng)絡(luò)。本文主要對(duì)誘騙態(tài)量子密鑰分發(fā)、量子秘密共享、量子安全通信和

2、量子通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行研究。論文的主要研究成果如下：
　　 在誘騙態(tài)量子密鑰分發(fā)方面，首先從理論上仿真證明誘騙態(tài)方案確實(shí)能夠識(shí)別光子數(shù)目分割攻擊。其次推導(dǎo)了預(yù)報(bào)單光子源誘騙態(tài)量子密鑰分發(fā)的密鑰產(chǎn)生率公式，并進(jìn)行了弱相干光和預(yù)報(bào)單光子源誘騙態(tài)量子密鑰分發(fā)的最優(yōu)強(qiáng)度估計(jì)和密鑰產(chǎn)生率計(jì)算與仿真。研究表明：密鑰產(chǎn)生率隨著發(fā)送端探測(cè)效率的增加而增加；采用誘騙態(tài)后由于能夠更好地估計(jì)出單光子的通過(guò)率，因此密鑰產(chǎn)生率和安全通信距離都得到了提高。最后提

3、出了一種基于預(yù)報(bào)單光子源的單一強(qiáng)度的誘騙態(tài)量子密鑰分發(fā)方案：在發(fā)端采用參量下變換產(chǎn)生糾纏光子對(duì)，其中之一用來(lái)進(jìn)行預(yù)報(bào)探測(cè)，根據(jù)探測(cè)結(jié)果將另一路光脈沖分成兩個(gè)集合，其中預(yù)報(bào)探測(cè)有響應(yīng)的脈沖集合用作信號(hào)態(tài)，無(wú)響應(yīng)的脈沖集合作為誘騙態(tài)。通過(guò)這兩個(gè)集合的通過(guò)率和錯(cuò)誤率估計(jì)出單光子的通過(guò)率和錯(cuò)誤率，并進(jìn)行了密鑰產(chǎn)生率的推導(dǎo)和數(shù)值仿真。研究表明：其安全通信距離與完美單光子源一致，雖然其密鑰產(chǎn)生率和三強(qiáng)度誘騙態(tài)方案相比有所下降，但該方案不需要改變光強(qiáng)

4、，實(shí)現(xiàn)起來(lái)更容易。
　　 在量子秘密共享方面，研究了基于單光子的多方與多方之間的量子秘密共享協(xié)議，發(fā)現(xiàn)如果發(fā)送方不注意公布編碼基和編碼信息的順序，則并不需要所有的代理合作不誠(chéng)實(shí)者就可以獲得信息。提出了各個(gè)代理采用順序公布編碼信息逆序公布編碼基的改進(jìn)方案。研究了基于糾纏交換的量子秘密共享協(xié)議，發(fā)現(xiàn)如果不改變發(fā)送給同一個(gè)代理的兩個(gè)粒子的相對(duì)順序，則不誠(chéng)實(shí)者可以通過(guò)攻擊最終使得誠(chéng)實(shí)者得到錯(cuò)誤的密鑰。然后提出了隨機(jī)地改變發(fā)送給同～代理的

5、兩粒子順序的改進(jìn)方案。研究了基于糾纏交換的量子秘密共享協(xié)議，此協(xié)議由于讓每一個(gè)代理來(lái)制備糾纏態(tài)而帶來(lái)了不安全性。提出了新的基于糾纏交換的量子秘密共享協(xié)議，所有的糾纏態(tài)都由發(fā)送方來(lái)制備，并且隨機(jī)地改變發(fā)送給同一個(gè)代理的兩粒子的相對(duì)順序。在接收方收到粒子后，如果是檢測(cè)模式，發(fā)送方公布兩粒子的順序，雙方進(jìn)行竊聽(tīng)檢測(cè)；如果是信息模式則兩個(gè)接收方分別對(duì)各自的兩個(gè)粒子進(jìn)行聯(lián)合測(cè)量，兩者聯(lián)合起來(lái)與發(fā)送方共享密鑰。分析結(jié)果表明此協(xié)議能夠保證共享信息的安

6、全性和正確性。
　　 在量子安全通信方面，分析了已有的量子安全通信協(xié)議，提出了基于單光子的單向量子安全通信方案。發(fā)送方在對(duì)信息序列進(jìn)行編碼操作之前首先將其和隨機(jī)序列進(jìn)行異或操作并插入校驗(yàn)序列。接收方收到光子后對(duì)其進(jìn)行延遲，然后發(fā)送方公布編碼基從而使接收方在正確的基下進(jìn)行測(cè)量。接著雙方通過(guò)校驗(yàn)序列判斷信道的安全性，如果信道安全，則發(fā)送方公布接收方有測(cè)量結(jié)果的位置所對(duì)應(yīng)的隨機(jī)序列，接收方由此恢復(fù)出信息序列；如果信道不安全，竊聽(tīng)者所獲

7、得的只是隨機(jī)的發(fā)送序列，信息序列仍然是安全的。此協(xié)議與雙向通信協(xié)議相比具有傳輸效率高，易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。
　　 在量子通信網(wǎng)絡(luò)方面，提出了量子通信網(wǎng)絡(luò)和量子交換機(jī)的架構(gòu)以及基于誘騙態(tài)的廣域量子安全直接通信網(wǎng)絡(luò)方案。該方案在每一個(gè)局域網(wǎng)中設(shè)置一個(gè)服務(wù)器負(fù)責(zé)量子態(tài)的產(chǎn)生和測(cè)量，從而有效地提高了通信距離；將誘騙態(tài)的思想引入量子安全直接通信以保證利用弱相干光代替完美單光子源時(shí)傳輸信息的安全性；并且根據(jù)信道參數(shù)估計(jì)了不同通信距離的通過(guò)率，為