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量子光源综述 张晓峰 朱俊 曾贵华 （上海交通大学电子工程系，区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室，上海200240 ） 摘要：量子密码通信是最近二十多年发展起来的一种新型通信技术，它利用量子特性来实现 或增强通信的安全性。量子密码通信系统基于光量子信号的传输特性，因此如何获得稳定可 靠的量子光源就成为实现量子密码通信的主要问题。文章介绍了量子通信中已有的几种光源 （单光子光源、连续变量光源、纠缠态光源）的原理和相关实验，最后介绍了量子光源的应 用，并对其前景进行了展望。 关键词：量子密码通信；单光子光源；连续变量光源；纠缠态 1. 引言 2.1 单光子光源 自从利用量子效应保护信息的思想被提出 作为一种基本粒子，光子具有不可分离性， 之后，量子密码学逐渐受到重视，并获得迅速 因此任何攻击者都不能从光子承载的量子信号 的发展。这主要是因为量子密码本身的特性： 中分离出子系统。可见，单光子是一种理想的 无条件安全性和对窃听的可检测性，而这些在 量子信号载体。然而，由于缺乏理想的单光子 经典密码学中是无法实现的。 源，目前的量子必威体育官网网址通信实验演示都采用激光 量子密码基于光量子信号实现。从技术层面 衰减光源。但衰减激光不能消除多光子的存在， 来看，量子密码系统主要包括量子信号的产生、 无法避免受到光子数分离攻击，最大安全通信 存储、编码、调制、控制、传输、检测等几个 距离受到极大限制。因此，如何获得一种稳定、 方面。光量子信号在量子密码中起着重要的作 高效、可靠的单光子源，已经成为量子通信和 用，量子信号的编码、传输和检测等技术都依 量子密码实用化过程中一个亟待解决的问题。 [1] 赖于信号的量子特性，因此，如何获得稳定可 目前，单光子产生技术主要有以下几种 ： 靠的量子光源就成为实现量子密码系统的主要 2.1.1 激光衰减方法 问题。 这是目前科学研究中最常用的单光子产生 2. 量子光源技术的原理和实验 方法，被称为准单光子源。具体的实现方法[2] 是：将单模激光器发出的连续激光脉冲化，然 目前，量子光源主要有三种：单光子(Single 后进行一定倍数的衰减，使得单个脉冲平均光 Photon)光源、连续变量(Continue Variable)光源 子数小于0.1[3] 。此时的激光脉冲信号具有明显 和纠缠态(Entangled State)光源。其中连续变量 的量子效应，且接近单光子量子信号的特征。 光源又分为相干态(Coherent State)光源和压缩 采用这种方法的优点是实验上易于实现和 态(Squeezed State)光源；纠缠态又可以分为光子 控制，但是存在损失较大、单光子数少、速率 对纠缠和多光子纠缠。