量子通信系統設計與實現

《量子通信系統設計與實現》是2022年北京航空航天大學出版社出版的圖書。

基本介紹

• 中文名：量子通信系統設計與實現
• 作者：劉敦偉、馮傑鴻、馬喆
• 出版社：北京航空航天大學出版社
• 出版時間：2022年5月1日
• ISBN：9787512437760

內容簡介

本書以發展的眼光看待通信技術，介紹傳統保密通信的一些困境，以及量子通信的重要意義和發展戰略，將量子通信的主要協定和方案擇重點進行講解，並介紹量子通信系統實現過程中的關鍵技術、部分攻擊和防禦方案，以及量子通信網路的建設情況，以典型量子通信系統為例，概述了相關係統的構建。

本書可作為高等院校量子信息領域相關專業低年級學生的入門教材，也可供從事相關領域研究的工作人員參考。

圖書目錄

第1章量子通信技術發展1

1.1通信技術的發展1

1.2保密通信3

1.3密碼學3

1.3.1密碼學的發展4

1.3.2密碼學的分類6

1.4量子計算與量子通信8

1.4.1量子計算的優勢9

1.4.2傳統保密通信中的困難11

1.4.3量子通信的興起12

1.5國內外量子通信戰略13

1.5.1國外戰略布局13

1.5.2國內戰略發展20

1.6國內外量子通信技術發展22

1.6.1國外發展現狀22

1.6.2國內發展現狀24

1.7註記25

參考文獻26

第2章量子力學基礎27

2.1常用概念及工具27

2.1.1希爾伯特空間27

2.1.2量子態28

2.1.3量子態疊加28

2.1.4量子比特29

2.1.5光子編碼30

2.1.6直積態和糾纏態31

2.1.7量子糾纏純化32

2.1.8量子門33

2.2量子力學基本理論34

2.2.1海森堡測不準原理35

2.2.2量子不可克隆定理36

2.2.3EPR悖論37

2.3註記39

參考文獻39

目錄量子通信系統設計與實現第3章量子密鑰分發41

3.1量子密鑰分發的原理與發展41

3.1.1量子密鑰分發原理41

3.1.2協定研究進展43

3.2部分典型量子密鑰分發協定45

3.2.1BB84協定45

3.2.2B92協定47

3.2.3E91協定48

3.2.4典型協定安全性分析50

3.3誘騙態MDIQKD協定51

3.4註記53

參考文獻54

第4章量子安全直接通信55

4.1量子安全直接通信的原理與發展55

4.1.1量子安全直接通信原理56

4.1.2量子安全直接通信與量子密鑰分發57

4.1.3量子安全直接通信協定發展57

4.2部分量子安全直接通信協定59

4.2.1高效量子安全直接通信協定59

4.2.2桌球協定60

4.2.3LM05協定61

4.2.4兩步量子安全直接通信協定62

4.2.5改進兩步量子安全直接通信協定64

4.2.6一次一密量子安全直接通信協定68

4.2.7高維量子安全直接通信協定69

4.2.8其他GHZ量子安全直接通信協定70

4.2.9抗噪聲的量子安全直接通信協定71

4.3註記72

參考文獻72

第5章量子隱形傳態75

5.1量子隱形傳態的原理與發展75

5.1.1量子隱形傳態原理75

5.1.2量子隱形傳態協定發展77

5.2量子隱形傳態的主要類別78

5.2.1分離變數量子隱形傳態78

5.2.2連續變數量子隱形傳態79

5.2.3受控量子隱形傳態81

5.3註記82

參考文獻83

第6章量子秘密共享85

6.1量子秘密共享的產生85

6.2量子秘密共享協定研究86

6.2.1典型量子秘密共享86

6.2.2安全直接通信下的量子秘密共享87

6.2.3多方與多方的量子秘密共享87

6.2.4動態量子秘密共享88

6.2.5半量子秘密共享89

6.2.6局部操作和經典通信下的量子秘密共享89

6.3典型協定介紹90

6.3.1第一個量子秘密共享協定——HBB90

6.3.2雙光子三維Bell態量子秘密共享協定92

6.4註記94

參考文獻94

第7章量子通信中的關鍵技術97

7.1量子光源製備技術97

7.1.1單光子源98

7.1.2糾纏光源100

7.2量子隨機數發生技術101

7.2.1量子隨機數研究現狀概述102

7.2.2基於光子路徑選擇的量子隨機數103

7.2.3設備無關的量子隨機數105

7.2.4基於量子隧穿效應的量子隨機數106

7.2.5基於庫侖阻塞效應的量子隨機數108

7.3單光子探測技術109

7.3.1基於光電倍增管的單光子探測109

7.3.2基於雪崩二極體的單光子探測111

7.3.3超導單光子探測112

7.4量子中繼技術114

7.4.1量子中繼的原理114

7.4.2量子中繼方案115

7.5量子編碼技術116

7.5.1量子編碼的問題116

7.5.2量子編碼的發展117

7.6註記118

參考文獻118

第8章量子通信中的安全問題121

8.1側信道攻擊誘發的安全性研究121

8.2實用量子通信器件安全性分析概述122

8.2.1光源安全問題123

8.2.2有源光學器件安全問題124

8.2.3無源光學器件安全問題126

8.2.4探測器安全問題127

8.3波長攻擊130

8.3.1波長攻擊原理130

8.3.2BB84系統波長攻擊實驗分析133

8.3.3MDIQKD中波長攻擊下安全性分析136

8.3.4波長攻擊防禦策略138

8.4註記139

參考文獻139

第9章量子通信網路141

9.1量子通信網路的發展141

9.2量子通信網路中間節點技術方案143

9.2.1基於量子中繼的方案143

9.2.2基於光開關的方案144

9.2.3基於可信中繼的方案145

9.2.4基於多路復用器的方案146

9.2.5基於集控站的方案147

9.3各國及地區的量子通信網路148

9.3.1美國DARPA量子通信網路148

9.3.2美國洛斯阿拉莫斯量子通信網路149

9.3.3美國巴特爾量子通信網路150

9.3.4歐洲SECOQC量子通信網路150

9.3.5瑞士日內瓦量子通信網路151

9.3.6西班牙馬德里量子通信網路152

9.3.7中國合肥3節點和5節點量子電話網152

9.3.8中國蕪湖量子政務網153

9.3.9日本量子通信網路153

9.4量子衛星通信154

9.5量子網路中的身份驗證和路由155

9.6註記156

參考文獻157

第10章典型量子密鑰分發系統案例159

10.1量子密鑰分發系統一般性模型159

10.1.1量子光源160

10.1.2量子態製備161

10.1.3量子信道和經典信道161

10.1.4量子態探測162

10.1.5後處理164

10.2“plug&play”量子密鑰分發系統164

10.2.1“plug&play”量子密鑰分發方案165

10.2.2“plug&play”系統主要組成和工作流程167

10.2.3結構層級劃分和模組功能169

10.3基於連續變數的量子密鑰分發系統171

10.3.1基於連續變數的量子密鑰分發方案171

10.3.2關鍵模組設計173

10.3.3模組化封裝及系統集成176

10.4星地量子密鑰分發系統176

10.4.1星地量子密鑰分發系統方案177

10.4.2星載ATP系統設計177

10.4.3粗精跟蹤系統設計180

10.5註記182

參考文獻182

附錄常見英文對照185