19、单光子量子通信与计算技术解析

单光子量子通信与计算技术解析

1. 单光子量子通信中的诱骗态技术

在单光子量子通信里，为保障通信安全，可采用诱骗态技术。假设存在两个不同的衰减激光源，分别用不同的α值表征，其中一个作为信号源（αs），另一个作为诱骗态源（αd）。只有信号源最终用于传输密钥，诱骗态源会随机替换部分传输脉冲，以此挫败窃听者Eve的窃听企图。

诱骗态能起到保护作用，是因为Eve的窃听策略会向接收方Bob发送异常多的多光子脉冲。若|αd|² > |αs|²，那么到达Bob的诱骗态脉冲比例会高于Alice发送的比例。当Alice公开宣布哪些脉冲是诱骗态、哪些是信号时，Bob就能轻易推断出Eve是否发动了攻击。

为更深入探讨，我们定义yn为n光子态的产率，它与该态是信号脉冲还是诱骗态脉冲无关。诱骗态和信号脉冲的产率Ys和Yd可通过以下公式计算：
[
Y_d = \sum_{n} p(n|\alpha_d) y_n
]
[
Y_s = \sum_{n} p(n|\alpha_s) y_n
]

实际上，通过发送一系列不同αd值的诱骗态脉冲，Alice和Bob能够精确计算出表征他们通信信道的pn值。这样一来，Eve拦截消息并窃取信息的任何企图都会被立即察觉。这意味着Alice和Bob可以使用任意的αs值来发送信号，且能完全确信光子数分离攻击总会被检测到。

若单光子态的产率为η，在简单模型中，n光子福克态通过信道的概率为1 - (1 - η)ⁿ，在η较小时近似为ηn。在无诱骗态的情况下，防止光子数分离攻击的安全条件是η > |α|²/2，所以|α|²最多只能取2η，这会导致Ys < 2η²。而使用诱骗