空信号检测:面向任意长距离量子通信的原理验证方案

安全量子通信,尤其是量子密钥分发(QKD),四十余年来始终是该领域的核心研究方向,近年来仍持续受到广泛关注。然而,由于单光子探测器(SPD)中不可避免的暗计数问题,接收端空信号引发的量子比特错误率(QBER)急剧上升长期制约着该技术向任意远距离的延伸。为解决这一挑战,本文提出一种用于量子通信接收端的空信号检测(ESD)策略,将态制备、控制门和多副本分析集成于单一功能模块。其核心思想是将光子存在性信息编码至独立于消息编码自由度(DOF)的辅助DOF上,使得接收端通过对辅助DOF实施控制门操作及后续辅助副本测量,可在不干扰传输信息的前提下验证接收信号的非空性。由此,空信号可被排除在后续通信处理环节之外,从而解决空信号导致的QBER爆炸问题。此外,该设计方案仅依赖实用化(甚至市售)器件,在当前技术条件下即可实现。因此,本研究通过允许在QBER估算中将损耗信道渐进视作无损信道,为实现任意远距离量子通信提供了技术框架,同时从原理上论证了现有技术条件下安全量子通信可延伸至任意距离的可行性。
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提交arXiv: 2025-09-19 11:32

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