数据协商是量子密钥分发(QKD) 协议的重要步骤之一, 其协商效率直接影响着 QKD 的密钥率。为此, 提出一种基于级联 Polar 码和多级译码方法的连续变量 QKD 数据协商协议, 该协议在多级编码调制系统的基础上, 利用纠错性能更好的级联 Polar 码作为分量码应用到多级译码中。仿真分析了该协议的性能, 结果表明所提出协议的协商效率极大提高, 同时密钥的比特错误率也极大地降低, 当信噪比等于 0.5 dB 时该协议的误比特率小于10-3。研究结果对连续变量 QKD 的应用具有重要价值。

针对连续变量量子密钥分发系统数据协调过程中效率偏低而造成的密钥量不易提取的问题,本文引入PEG(Progressive-edge-growth)算法构造合适度分布的LDPC校验矩阵,译码时采用LLR-BP译码算法。仿真结果表明,相同度分布下PEG方法构造出的校验矩阵比传统Mackay方法构造出的校验矩阵在译码时,能够更快达到收敛,并且在码率为05,码长为105时,PEG协调方案协调效率达到934％,提取到的安全密钥量为541 kb／s,信息传输距离为445 km。

针对当前连续变量量子密钥分发时数据协调运算速度低的问题,本文提出一种采用GPU与OpenCL异构计算的多维数据协调方案,并提出了一种静态双向十字链表存储超大规模LDPC码的校验矩阵,以适应OpenCL平台特殊要求。实验仿真结果显示,当码长为2×105时,在保证有效数据协调且相同码率的前提下,GPU平均译码速率可达到CPU的4.2倍,但牺牲了部分精度。

针对当前连续变量量子密钥分发系统数据协调运算速率低的问题,采用中央处理器/图形处理器(CPU/GPU)异构平台实现了多维数据协调算法的并行加速运算,提出了对于异构计算要求的大规模校验矩阵静态双向十字链表及多维并行协调算法。在该平台上对码长为2.048×10 ⁵的情况进行了仿真计算。通过仿真可获取收敛信噪比和协调计算时间,并计算得出协调速率、密钥传输距离和协调效率。结果表明:当码长为2.048×10 ⁵时,在保证协调效率的前提下,采用CPU/GPU异构平台并行加速的协调速率为CPU平台的5倍。

在量子高斯密钥分发实验中，后处理是提升数据协调效率和保证安全密钥提取的关键技术之一。通过分层纠错协议给出一种具体后处理的数据协调方案，并采用准循环低密度奇偶校验码与传统低密度奇偶校验码相级联的方式对信息进行压缩编码。结合零拍探测下的连续变量量子密钥分发，分析了个体攻击和集体攻击下采用正向协调和逆向协调的实验方案中密钥提取的安全性。实验结果表明:在码长为2 × 10₅ ,三、四级码率为0.3 0.95 的数据协调方案中协调效率可达91.2% 。采用最优攻击下可提取安全密钥量为3.98 kbit/s ，而传输距离达30 km 左右，证明了所提协调方案的安全性，能够满足城域网络的通信要求。