連續(xù)變量量子保密通信技術(shù)

王懷勝， 楊杰

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十研究所，四川成都610041)

0 引言

現(xiàn)代社會(huì)對(duì)信息資源、信息技術(shù)、信息產(chǎn)業(yè)的依賴(lài)程度越來(lái)越大，信息安全問(wèn)題日益突出。信息安全問(wèn)題是關(guān)系國(guó)防安全的戰(zhàn)略問(wèn)題，關(guān)系著國(guó)家和民族的根本利益，單純依靠現(xiàn)有經(jīng)典技術(shù)很難從根本上解決這一難題。量子保密通信，即量子密鑰分發(fā)(Quantum Key Distribution，QKD)，是目前科學(xué)界公認(rèn)的無(wú)條件安全(unconditional secure)保密通信方式，具有極高的軍用和民用意義，是當(dāng)前國(guó)際高科技競(jìng)爭(zhēng)的前沿?zé)狳c(diǎn)問(wèn)題。

QKD技術(shù)主要分為離散變量(即單光子)和連續(xù)變量?jī)纱蠹夹g(shù)途徑。經(jīng)過(guò)近三十年的發(fā)展，單光子QKD技術(shù)發(fā)展已經(jīng)較為成熟，卻依然存在如下局限性。第一，單光子量子信號(hào)產(chǎn)生困難。實(shí)際系統(tǒng)中一般采用微弱激光脈沖來(lái)代替單光子，該方法效率較低，而且有一定幾率產(chǎn)生多光子，產(chǎn)生潛在的安全漏洞，必須結(jié)合誘騙協(xié)議才能抵御光子數(shù)分離攻擊。第二，通信波段單光子檢測(cè)成本高、速率低、效率低，技術(shù)相對(duì)不成熟，未達(dá)到商用水平。第三，成本高昂。與單光子技術(shù)相比，連續(xù)變量技術(shù)一般以高斯態(tài)變量作為信號(hào)載波，利用光場(chǎng)的振幅和相位分量作為信號(hào)載體，采用平衡零差探測(cè)技術(shù)對(duì)經(jīng)強(qiáng)度和相位調(diào)制后的光信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)從而獲得信息，無(wú)需單光子源和單光子探測(cè)器，大部分器件與經(jīng)典相干光通信通用，具有高重復(fù)頻率和高密鑰速率的發(fā)展?jié)撃?，在成本和性能方面具有突出?yōu)勢(shì)，發(fā)展前景光明。2013年之前，連續(xù)變量量子保密通信的無(wú)條件安全性證明和數(shù)據(jù)后處理存在較大難度，其受重視程度和發(fā)展成熟度遠(yuǎn)不如單光子技術(shù)。

2013年以來(lái)，連續(xù)變量量子保密通信(CVQKD)在理論研究和實(shí)驗(yàn)技術(shù)上有了巨大的飛躍:利用相空間上的旋轉(zhuǎn)不變性，連續(xù)變量相干態(tài)CVQKD協(xié)議的無(wú)條件安全性首次被嚴(yán)格證明;高性能連續(xù)變量糾錯(cuò)碼方案被提出并實(shí)時(shí)實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)。上述兩項(xiàng)工作為CVQKD的實(shí)際應(yīng)用掃清了障礙。2013年，法國(guó)高等光學(xué)所法布里實(shí)驗(yàn)室的研究人員實(shí)現(xiàn)了80km傳輸距離的光纖CVQKD系統(tǒng)，將之前的最遠(yuǎn)傳輸距離世界紀(jì)錄提升三倍，大大提升了CVQKD技術(shù)的實(shí)用性。CVQKD技術(shù)是未來(lái)量子保密通信技術(shù)的重要發(fā)展方向，雖然當(dāng)前的CVQKD技術(shù)相關(guān)成果仍然主要停留在實(shí)驗(yàn)室階段，但在關(guān)鍵基礎(chǔ)理論和實(shí)驗(yàn)技術(shù)已基本解決的情況下，相信CVQKD技術(shù)將在不遠(yuǎn)的將來(lái)迎來(lái)快速發(fā)展，實(shí)用化進(jìn)程得到極大促進(jìn)。推進(jìn)CVQKD技術(shù)的實(shí)用化與產(chǎn)品化、關(guān)注CVQKD的實(shí)際安全性正當(dāng)其時(shí)。

本文將綜述CVQKD的技術(shù)發(fā)展歷史和現(xiàn)狀，分析技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，探討未來(lái)重點(diǎn)突破方向，提出發(fā)展建議。

1 連續(xù)變量量子保密通信技術(shù)的發(fā)展里現(xiàn)狀

1.1 澳大利亞

CVQKD技術(shù)研究起源于澳大利亞。1999年，澳大利亞國(guó)立大學(xué)的T.Ralph首次提出CVQKD協(xié)議，并簡(jiǎn)要分析了其安全性［1，2］。隨后，昆士蘭大學(xué)的M.Reid提出了一個(gè)基于連續(xù)連續(xù)變量糾纏態(tài)的離散調(diào)制CVQKD協(xié)議［3］。2004年，澳大利亞國(guó)立大學(xué)的C.Weedbrook提出了基于高斯調(diào)制相干態(tài)和外差檢測(cè)的無(wú)開(kāi)關(guān)協(xié)議(no－switching protocol)［4］，該協(xié)議可在保證無(wú)條件安全性的前提下提高安全密鑰產(chǎn)生速率，是主流CVQKD協(xié)議之一。次年，國(guó)立大學(xué)的A.Lance等首次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了無(wú)開(kāi)關(guān)協(xié)議［5］。2013年，昆士蘭大學(xué)的N.Walk等完成了高斯后選擇條件下CVQKD協(xié)議無(wú)條件安全性證明［6］。

1.2 歐洲

法國(guó)在CVQKD技術(shù)的理論研究與實(shí)驗(yàn)技術(shù)上代表了當(dāng)前世界最高水平。2002年，法國(guó)高等光學(xué)研究所法布里實(shí)驗(yàn)室的F.Grosshans和P.Grangier首次提出基于高斯調(diào)制相干態(tài)和平衡零差檢測(cè)的CVQKD協(xié)議——GG02協(xié)議［7］。GG02協(xié)議是首個(gè)現(xiàn)有技術(shù)條件下切實(shí)可行的CVQKD協(xié)議，是當(dāng)前最主流的CVQKD協(xié)議。2002年，F(xiàn).Grosshans等改進(jìn)了CVQKD協(xié)議數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)算法，首次提出了反向協(xié)調(diào)思想，解決了正向協(xié)調(diào)算法的3dB極限問(wèn)題［8］。2003年，F(xiàn).Grosshans等提出了CVQKD協(xié)議的糾纏等價(jià)模型(見(jiàn)圖1)，建立了CVQKD協(xié)議安全分析理論框架［9］。

圖1 GG02協(xié)議的自由空間演示實(shí)驗(yàn)和糾纏等價(jià)模型

2003年，法國(guó)法布里實(shí)驗(yàn)室與比利時(shí)布魯塞爾自由大學(xué)合作，首次實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)自由空間信道GG02協(xié)議CVQKD系統(tǒng)(見(jiàn)圖1)［10］，該成果發(fā)表于《Nature》。2005 年，法布里實(shí)驗(yàn)室的 J.Lodewyck等設(shè)計(jì)了基于光纖信道的CVQKD系統(tǒng)方案，為實(shí)現(xiàn)CVQKD技術(shù)的光纖網(wǎng)絡(luò)化做出了大膽嘗試［11］。2007年，J.Lodewyck等實(shí)驗(yàn)演示了25公里全光纖GG02協(xié)議CVQKD系統(tǒng)，系統(tǒng)采用了時(shí)分復(fù)用的方式將本振光和信號(hào)光在同一光纖信道中傳輸，并利用高效LDPC碼來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)反向協(xié)調(diào)，系統(tǒng)的重復(fù)頻率為500 KHz，安全碼率 2.2kbit/s［12］。2009 年，法布里實(shí)驗(yàn)室的S.Fossier等進(jìn)行了CVQKD系統(tǒng)外場(chǎng)測(cè)試，該系統(tǒng)采取時(shí)分復(fù)用和偏振復(fù)用并用技術(shù)，利用LDPC碼實(shí)現(xiàn)反向協(xié)調(diào)，并通過(guò)自動(dòng)反饋控制技術(shù)調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性，在15公里的光纖信道中生成8kbit/s的量子密鑰，穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間達(dá)57小時(shí)［13］。

2011年，巴黎高等電信研究院的A.Leverrier等針對(duì)低效率連續(xù)變量密鑰協(xié)商算法嚴(yán)重影響CVQKD安全傳輸距離的問(wèn)題，首次提出高效多維協(xié)商算法［14］。隨后，A.Leverrier等又提出基于離散調(diào)制的CVQKD協(xié)議——四態(tài)協(xié)議，大大緩解了協(xié)調(diào)效率對(duì)CVQKD系統(tǒng)的限制［15］。2012年，巴黎高等電信研究院的P.Jouguet等分析了非理想高斯調(diào)制，探測(cè)器校準(zhǔn)誤差、激光器相位噪聲等實(shí)際非理想因素對(duì)系統(tǒng)性能的影響［16］，并設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于CVQKD技術(shù)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)對(duì)稱(chēng)加密鏈路，在17.7公里的光纖信道中穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)達(dá)六個(gè)月［17］。同年，法布里實(shí)驗(yàn)室的R.Blandino等指出，在反向協(xié)調(diào)下，新型線性無(wú)噪光放大器(NLA)可提升基于高斯調(diào)制相干態(tài)的CVQKD協(xié)議的安全距離和噪聲抗性，這無(wú)疑對(duì)CVQKD技術(shù)的推廣具有重要意義［18］(見(jiàn)圖2)。

圖2 線性無(wú)噪光放大器及其對(duì)CVQKD的改善作用

2013年，P.Jouguet等大幅度改善了GG02協(xié)議CVQKD系統(tǒng)(見(jiàn)圖3)，利用多維協(xié)商算法和GPU技術(shù)將CVQKD系統(tǒng)的數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)效率提高到95%左右，進(jìn)而將光纖CVQKD系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)傳輸距離大幅提升至80公里，在此傳輸距離下安全碼率接近1kbit/s［19］。

圖3 長(zhǎng)距離CVQKD傳輸實(shí)驗(yàn)原理圖

1.3 加拿大

2007年，加拿大多倫多大學(xué)Bing Qi等實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了全光纖信道GG02協(xié)議 QKD 系統(tǒng)［26］。2011年，該團(tuán)隊(duì) Y.Chi等對(duì)CVQKD系統(tǒng)的平衡零差探測(cè)器的噪聲分析與設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)做出了詳盡的論述［27］。2012年，C.Weedbrook等設(shè)計(jì)了基于熱場(chǎng)態(tài)的CVQKD協(xié)議，分析了微波頻段CVQKD技術(shù)的可行性［28］。隨后，C.Weedbrook證明了當(dāng)糾纏源不受合法通信方控制時(shí)，CVQKD協(xié)議的安全性依然可以保持［29］。

1.4 美國(guó)

美國(guó)的CVQKD成果報(bào)道主要集中于2010年之前。近年來(lái)，美國(guó)對(duì)包括單光子技術(shù)在內(nèi)的所有QKD技術(shù)都極少報(bào)道。據(jù)分析，美國(guó)很可能已經(jīng)開(kāi)展了QKD技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。

2000年，美國(guó)紐約城市大學(xué)亨特學(xué)院的M.Hillery首次提出了一個(gè)基于壓縮態(tài)的連續(xù)載波離散調(diào)制的保密通信方案［30］。次年，加州理工的D.Gottesman和微軟公司的J.Preskill提出了一種基于壓縮態(tài)的CVQKD協(xié)議，并利用量子糾錯(cuò)碼首次證明了CVQKD協(xié)議的無(wú)條件安全性［31］。

在協(xié)議優(yōu)化方面，麻省理工的S.Pirandola等于2008年首次提出了雙路CVQKD協(xié)議［34］，大大提高了CVQKD協(xié)議可容忍噪聲閾值。2009年，喬治亞理工的Q.Xuan等實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了光纖信道四態(tài) CVQKD協(xié)議，傳輸距離為24.2公里時(shí)安全碼率達(dá)3.45kbit/s［35］。

1.5 中國(guó)

在國(guó)內(nèi)，基于光纖的對(duì)連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)的研究也在逐漸展開(kāi)，并在一些理論問(wèn)題上取得了重要成果，這些成果主要集中在光源噪聲的建模、雙路量子密鑰分發(fā)協(xié)議、連續(xù)變量協(xié)議安全性等一些方面。主要研究單位有北京大學(xué)、北京郵電大學(xué)、上海交通大學(xué)和中國(guó)科技大學(xué)等。

2 連續(xù)變量量子保密通信技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

受限于發(fā)展時(shí)間短，當(dāng)前CVQKD系統(tǒng)的技術(shù)成熟度不高，但其在量子態(tài)制備、探測(cè)以及和經(jīng)典光纖通訊網(wǎng)絡(luò)融合方面有更大的發(fā)展?jié)摿Α?013年，法國(guó)的P.Jouguet等人在連續(xù)變量系統(tǒng)后處理糾錯(cuò)技術(shù)上取得突破，完成了80km的CVQKD實(shí)驗(yàn)，充分驗(yàn)證了CVQKD技術(shù)的發(fā)展?jié)撃?，具備了?gòu)建城域網(wǎng)能力。同年，CVQKD協(xié)議理論安全性證明取得巨大飛躍，F(xiàn)urrer和Leverrier等人嚴(yán)格證明了有限碼長(zhǎng)條件下高斯CVQKD協(xié)議的無(wú)條件安全性，為CVQKD技術(shù)的應(yīng)用掃清了障礙。

然而，連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)技術(shù)要真正走向?qū)嶋H應(yīng)用，當(dāng)前面臨的主要問(wèn)題如下:第一、技術(shù)成熟度相對(duì)較低，性能指標(biāo)有待提升。尤其是，CVQKD系統(tǒng)的安全碼率和傳輸距離有待提高，與實(shí)際應(yīng)用要求有差距。要真正提升CVQKD系統(tǒng)的實(shí)際性能，可從兩方面著手——實(shí)驗(yàn)技術(shù)方面提升光源、調(diào)制、探測(cè)、穩(wěn)定控制、后處理等關(guān)鍵器件模塊的性能指標(biāo)，理論研究方面改進(jìn)協(xié)議、數(shù)據(jù)后處理方法以提升協(xié)議性能。CVQKD系統(tǒng)性能在很大程度上取決于協(xié)議優(yōu)化和數(shù)據(jù)后處理理論的進(jìn)展，如采用后選擇技術(shù)或提升數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)的效率和速率等都可有效提升系統(tǒng)性能?，F(xiàn)階段從協(xié)議層面、理論層面提出改進(jìn)，優(yōu)化協(xié)議數(shù)據(jù)后處理方法等對(duì)提升CVQKD系統(tǒng)性能十分重要。第二、實(shí)際安全性有待進(jìn)一步提升，針對(duì)量子黑客攻擊的防御手段不足。CVQKD協(xié)議在理論上被證明具備無(wú)條件安全性，但并不完全等價(jià)于實(shí)際CVQKD系統(tǒng)的安全性。研究實(shí)際CVQKD系統(tǒng)的安全漏洞及相應(yīng)的量子黑客攻防，對(duì)保證CVQKD系統(tǒng)的實(shí)際安全性具有重要意義。上述兩點(diǎn)是現(xiàn)階段制約CVQKD發(fā)展的瓶頸問(wèn)題，是當(dāng)前CVQKD領(lǐng)域的學(xué)術(shù)研究熱點(diǎn)，也代表著CVQKD技術(shù)現(xiàn)階段的發(fā)展趨勢(shì)。

此外，相對(duì)于業(yè)界領(lǐng)先的法布里實(shí)驗(yàn)室，國(guó)內(nèi)研究單位基本具備了部分關(guān)鍵技術(shù)，但在后處理算法的協(xié)調(diào)效率、實(shí)時(shí)性及探測(cè)器性能上落后比較明顯，需要重點(diǎn)研究和開(kāi)發(fā)，對(duì)連續(xù)變量量子密鑰通信系統(tǒng)的各關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行整體協(xié)調(diào)和優(yōu)化、加強(qiáng)工程化研究很有必要。

3 連續(xù)變量量子保密通信技術(shù)建議

3.1 重視連續(xù)變量量子保密通信技術(shù)研究

第一，連續(xù)變量量子保密通信技術(shù)具有良好的發(fā)展?jié)撃?，是未?lái)量子通信技術(shù)必不可少的重要分支。與單光子系統(tǒng)相比，連續(xù)變量系統(tǒng)無(wú)需單光子源和單光子探測(cè)器，大部分器件與經(jīng)典相干光通信系統(tǒng)通用，具有高重復(fù)頻率和高密鑰速率的發(fā)展?jié)撃埽诔杀竞托阅芊矫婢哂型怀鰞?yōu)勢(shì)。第二，連續(xù)變量量子保密通信技術(shù)近年來(lái)發(fā)展迅速，可行性得到充分驗(yàn)證，推進(jìn)其實(shí)用化正當(dāng)其時(shí)。第三，連續(xù)變量技術(shù)與單光子技術(shù)可形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，開(kāi)展連續(xù)變量保密通信技術(shù)工程化研究很有必要。2013年，法國(guó)法布里實(shí)驗(yàn)室將安全傳輸距離提升到了80公里，該距離雖然對(duì)于城際之間的保密通信還稍嫌不夠，但對(duì)于城市內(nèi)部重要節(jié)點(diǎn)的保密通信來(lái)說(shuō)已經(jīng)足夠。而單光子技術(shù)傳輸距離遠(yuǎn)，但成本高，適用于城際通信。第四，中國(guó)在連續(xù)變量量子保密通信系統(tǒng)研發(fā)上投入不足，研究水平落后于國(guó)外。相對(duì)于業(yè)界領(lǐng)先的法布里實(shí)驗(yàn)室來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)研究單位初步具備了各關(guān)鍵技術(shù)，主要在后處理算法的協(xié)調(diào)效率、各關(guān)鍵技術(shù)工程化、各關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行整體協(xié)調(diào)和優(yōu)化等方面落后。

基于上述原因，我國(guó)應(yīng)抓住當(dāng)前CVQKD技術(shù)的發(fā)展熱潮，大力開(kāi)展CVQKD技術(shù)研究，占領(lǐng)技術(shù)高地。

3.2 加強(qiáng)連續(xù)變量量子保密通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究、整體優(yōu)化、工程化

要真正做好CVQKD技術(shù)，其關(guān)鍵是突破如下關(guān)鍵技術(shù):連續(xù)變量量子保密通信系統(tǒng)量子信號(hào)產(chǎn)生、傳輸控制(含偏振態(tài)保持、相位漂移補(bǔ)償、時(shí)鐘同步及時(shí)序?qū)?zhǔn)等)、探測(cè)(接近量子極限的高靈敏平衡零差探測(cè)技術(shù))以及高效率數(shù)據(jù)后處理等。

在突破上述關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)之上對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行整體協(xié)同優(yōu)化，加強(qiáng)相應(yīng)工程化研究，將大大推進(jìn)CVQKD技術(shù)的實(shí)用化進(jìn)程。

3.3 加強(qiáng)連續(xù)變量量子保密通信實(shí)際安全性研究及量子黑客攻防技術(shù)研究

QKD的安全性可分為兩個(gè)層次:理想QKD協(xié)議安全性和實(shí)際QKD系統(tǒng)安全性。理想QKD協(xié)議的安全性是量子密碼理論研究的核心內(nèi)容，是QKD安全性的基石。實(shí)際QKD系統(tǒng)是理想QKD協(xié)議的物理真實(shí)實(shí)現(xiàn)。理想QKD協(xié)議安全性證明建立在系統(tǒng)物理模塊(如光源，編碼器，探測(cè)器等)的簡(jiǎn)化數(shù)理模型基礎(chǔ)之上。實(shí)際QKD系統(tǒng)的非理想物理器件往往不完全滿(mǎn)足理想模型假設(shè)，將導(dǎo)致安全隱患。竊聽(tīng)者可以利用上述安全隱患(或稱(chēng)之為側(cè)信道)竊取信息而不被發(fā)現(xiàn)，此即所謂量子黑客攻擊(Quantum Hacking Attacks)。如果通信雙方忽略系統(tǒng)側(cè)信道，則實(shí)際QKD系統(tǒng)的安全性不能得到完全保障。真實(shí)的QKD系統(tǒng)只有經(jīng)過(guò)深入的量子黑客攻防研究后，才能確保實(shí)際安全性，此研究是QKD走向?qū)嵱没谋赜芍?。設(shè)計(jì)現(xiàn)有技術(shù)條件下切實(shí)可行的量子黑客攻防技術(shù)，是當(dāng)前的學(xué)術(shù)研究熱點(diǎn)。同時(shí)，此項(xiàng)研究是制定實(shí)際QKD系統(tǒng)安全標(biāo)準(zhǔn)的重要依據(jù)，歐盟已率先開(kāi)展此項(xiàng)工作。

針對(duì)單光子技術(shù)，人們已經(jīng)深入開(kāi)展了實(shí)際安全性及量子黑客攻防技術(shù)研究，如光子數(shù)分離攻擊、相位重映射攻擊、非可信光源攻擊、多激光器側(cè)信道信息泄露、時(shí)移攻擊、偽態(tài)攻擊、探測(cè)致盲攻擊等量子黑客攻擊。而在CVQKD研究中，相應(yīng)研究處于起步階段，應(yīng)著重加強(qiáng)研究。

3.4 加強(qiáng)連續(xù)變量量子保密通信后處理技術(shù)研究

在CVQKD系統(tǒng)中，量子態(tài)傳輸結(jié)束后，發(fā)送方和接收方需要通過(guò)后處理來(lái)生成安全密鑰。后處理包括基選擇，參數(shù)估計(jì)，數(shù)據(jù)糾錯(cuò)、私鑰放大四個(gè)步驟。其中，數(shù)據(jù)糾錯(cuò)一直是技術(shù)難點(diǎn)和核心。高斯連續(xù)變量誤碼糾錯(cuò)對(duì)系統(tǒng)性能影響體現(xiàn)在如下方面:第一，連續(xù)變量數(shù)據(jù)糾錯(cuò)效率大大限制CVQKD系統(tǒng)的安全碼率和傳輸距離。隨著通信距離變長(zhǎng)，接收方接收到的量子態(tài)幅度變?nèi)酰旁氡鹊?約0.1)，誤碼率增高(可達(dá)20%—30%)，數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)的效率降低(僅約80%)，直接減小系統(tǒng)安全碼率。尤其是，通信雙方的互信息量與竊聽(tīng)者所獲取的信息量大小比較接近，低糾錯(cuò)效率將直接導(dǎo)致系統(tǒng)碼率為零。所以，研究低信噪比下高斯隨機(jī)變量糾錯(cuò)技術(shù)是連續(xù)變量QKD系統(tǒng)的核心關(guān)鍵問(wèn)題之一。第二，糾錯(cuò)算法的方向?qū)B續(xù)變量QKD系統(tǒng)性能影響重大。根據(jù)糾錯(cuò)方向的不同，CVQKD系統(tǒng)的后處理過(guò)程可分為正向協(xié)調(diào)和反向協(xié)調(diào)。如果系統(tǒng)采用正向協(xié)調(diào)，則當(dāng)量子信道的傳輸損耗大于3 dB時(shí)(即通信距離≧15 km時(shí))，連續(xù)變量QKD系統(tǒng)的安全碼率為0，被稱(chēng)為3 dB極限。正向糾錯(cuò)使用范圍較窄，當(dāng)通信距離較長(zhǎng)時(shí)必須選用反向糾錯(cuò)。第三，連續(xù)變量QKD系統(tǒng)數(shù)據(jù)糾錯(cuò)速率是限制連續(xù)變量QKD系統(tǒng)工作頻率的最重要因素。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離傳輸后，接收方接收到的量子態(tài)幅度很弱，信噪比降低，誤碼率增高，必須選取比較特殊和復(fù)雜的糾錯(cuò)算法對(duì)其進(jìn)行糾正，故糾錯(cuò)所需計(jì)算資源增加，極大影響了后處理的實(shí)時(shí)性。

高效率、高速、實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)后處理模塊，是提升CVQKD系統(tǒng)性能的最有效手段之一，應(yīng)著重研究。

4 結(jié)語(yǔ)

連續(xù)變量量子保密通信技術(shù)具有良好的發(fā)展?jié)撃?，是未?lái)量子保密通信技術(shù)必不可少的重要分支。受限于發(fā)展時(shí)間較短，當(dāng)前CVQKD技術(shù)成熟度相對(duì)較低，性能指標(biāo)有待提升。通過(guò)進(jìn)一步加強(qiáng)連續(xù)變量量子保密通信系統(tǒng)量子信號(hào)產(chǎn)生、傳輸控制(含偏振態(tài)保持、相位漂移補(bǔ)償、時(shí)鐘同步及時(shí)序?qū)?zhǔn)等)、探測(cè)(接近量子極限的高靈敏平衡零差探測(cè)技術(shù))以及高效率數(shù)據(jù)后處理等關(guān)鍵技術(shù)，并開(kāi)展整體優(yōu)化和工程化研究，連續(xù)變量量子保密通信技術(shù)有望真正走向?qū)嵱谩?/p>

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