Chinese Science Bulletin (Chinese Version)
High-capacity quantum secure direct communication scheme based on practical light sources
Jiawei Ying, Shipu Gu, Yanyan Zheng, Xingfu Wang, Lan Zhou, Yubo Sheng, Hesheng Chen
Abstract
量子安全直接通信(QSDC)可以通过量子信道直接传输机密信息,具有广阔的应用前景。其中,基于单光子的QSDC方案由于不依赖纠缠资源,实现难度低,是最接近实用化的QSDC方案之一。但是,传统的QSDC方案在抵御窃听者攻击时,通常采用X基和Z基进行安全性检测,这会放宽对窃听者的限制,导致方案安全信息容量和最大传输距离降低。为此,本文提出了一个高容量的QSDC方案,将Y基安全性检测引入分析。通过构建系统模型,本文分析了采用弱相干脉冲源和预示单光子源时方案的性能,并通过参数优化,使方案在各信道衰减条件下均达到最优性能。结果表明,在强度最优时,基于弱相干脉冲源与预示单光子源方案的最大可容忍信道衰减分别为 11.25 dB 和 12.1 dB。在损耗系数为 0.2 dB/km 的光纤信道中,其对应的最大通信距离分别为28.125 km和30.25 km,较传统方案分别提升了 57.3% 和 69.2%。在信道衰减为2、4、6 dB时,基于预示单光子源的方案单位脉冲的安全信息容量分别达到传统方案的7.69、17.94和94.79倍,显著提升了系统的安全通信性能。