29、量子密钥分发（QKD）在噪声和损耗环境中的实现与改进

量子密钥分发（QKD）在噪声和损耗环境中的实现与改进

1. 最终安全声明

在量子密钥分发（QKD）中，最终密钥的安全性至关重要。我们依据比特和相位错误率的知识来保障密钥安全。在BB84协议里，由于平等使用两种可互换比特和相位错误的偏振基，比特和相位错误率是相同的。因此，最终密钥的安全性取决于量子纠错码（QECC）能否纠正传输过程中出现的所有比特和相位错误。

Alice和Bob可以通过公开信道随机公开一些信号并进行比较，利用经典统计方法得出比特和相位错误总数e低于QECC能处理的数量。不过，获取有效的错误率估计是QKD安全证明中较为棘手的部分。

这种安全证明能抵御量子力学框架内窃听者的所有攻击。我们假设窃听者Eve只能访问通过量子信道的量子力学系统以及公开信道中的全部信息，无法访问Alice和Bob的发送与检测设备。这一假设是必要的，且需要技术手段来保证。在量子光学实现中，尤其要注意这一点，因为光信道可能会让Eve轻易接触到设备核心。这种情况被称为“无条件安全”，并非意味着没有任何假设，而是类似于经典密码学中不考虑窃听者计算能力的概念。

常见的窃听攻击类型包括：
- 相干攻击 ：Eve可以与所有信号进行相干交互。
- 个体攻击 ：Eve分别与每个信号进行交互，例如给每个信号附加一个探测器并进行测量。
- 集体攻击 ：Eve对每个信号单独附加独立探测器，然后对所有探测器进行联合测量。由于BB84协议的随机信号和测量结构，一般认为集体攻击是最优的，但目前还缺乏严格证明。

2. 噪声和损耗环境下的现实QK