量子真随机数产生协议设计、分析及实现技术研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61771439
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    62.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0110.量子通信与量子信息处理
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Random numbers are of extreme importance for a wide range of applications in both commercial and scientific fields, such as lottery games, statistical sampling, numerical simulations, and cryptography, especially quantum cryptography. A significant example is the quantum key distribution (QKD), where the true random numbers are essential for guaranteeing the unconditional security and the high performance of the system. Quantum random number generator (QRNG), which is based on the intrinsic randomness described by the theory of quantum mechanics, can provide truly unpredictable and irreproducible random numbers and is potential for ultra-high generation rate and chip-based system design. Therefore, the QRNG is an important research field for both the true random number generation and quantum cryptography. In this program, the QRNG will be studied in many aspects both theoretically and practically. Firstly, the physical mechanism, the protocol design as well as optimization and the theoretical security analysis of the QRNG will be studied. Secondly, high performance QRNG schemes with provable security and potential for compact design will be proposed and verified experimentally, which will promote the practical application for QRNG and significantly support the practical cryptography systems, especially the quantum cryptography systems.
随机数在博彩、统计抽样、计算科学、密码学(尤其是量子密码学)等领域中起到了举足轻重的作用。例如量子密钥分发系统中,高速真随机数是保证系统无条件安全性和高性能的前提。量子随机数产生技术基于量子力学理论内在的随机性,能产生不可预测的真随机序列,并且具备高速率、芯片化的潜能,是真随机数产生技术的重要新方向,也是当前量子密码领域的研究热点。本项目旨在研究量子随机数产生的物理机理、协议优化及设计、安全性分析理论,自主设计可证安全且具备高速、小型化潜能的量子随机数产生方案,并开展实验验证,推进量子随机数产生技术的实用化,对实际保密通信系统(尤其是量子密码系统)起到重要支撑作用。

结项摘要

随机数产生技术在博彩、统计抽样、计算科学、密码学等领域应用中起到了举足轻重的作用。量子随机数产生(Quantum Random Number Generation, QRNG)技术基于量子力学理论内在的随机性,能产生不可预测的真随机序列,并且具备高速率、芯片化的潜能,是真随机数产生技术的重要新方向,也是当前量子密码领域的研究热点。.本项目深入研究了量子随机数产生的物理机理、协议优化及设计、安全性分析理论,自主设计并实验验证了若干可证安全且具备高速、小型化潜能的量子随机数产生方案。在项目执行过程中,项目组在量子随机数产生以及密切相关的量子密钥分发方向累计发表论文70余篇(其中SCI检索论文50篇,EI检索论文18篇,CCF B类中文期刊论文1篇),申请发明专利40余项,科研成果丰富且创新性较突出。本项目首次设计并实现了基于高斯极值定理的光源无关性QRNG方案,首次给出了放大自发辐射噪声QRNG方案量化安全性分析模型及安全测试方法,全面突破了连续变量量子密钥分发系统系列关键技术,实验实现了目前国际上传输速率最快和传输距离最长的连续变量量子密钥分发系统。.上述成果有效推进了量子随机数产生技术的实用化,部分成果已成功应用于指导我国国防、党政等领域相关系统关键技术攻关和设备研发,部分成果已列入行业标准规范,经济和社会效益显著。

项目成果

期刊论文数量(44)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(9)
专利数量(41)
ESPQuery: An Enhanced Secure Scheme for Privacy-Preserving Query Based on Untrusted Devices in the Internet of Things
ESPQuery:物联网中基于不可信设备的增强型安全隐私保护查询方案
  • DOI:
    10.1109/jiot.2020.3038928
  • 发表时间:
    2021-05
  • 期刊:
    IEEE Internet of Things Journal
  • 影响因子:
    10.6
  • 作者:
    D;an Li;Xiaohong Hunag;Wei Huang;Fei Gao;Shen Yan
  • 通讯作者:
    Shen Yan
Quantum Identity Authentication in the Counterfactual Quantum Key Distribution Protocol.
反事实量子密钥分发协议中的量子身份认证
  • DOI:
    10.3390/e21050518
  • 发表时间:
    2019-05-23
  • 期刊:
    Entropy (Basel, Switzerland)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Liu B;Gao Z;Xiao D;Huang W;Zhang Z;Xu B
  • 通讯作者:
    Xu B
一种基于平衡零差探测技术的平均光子数测量方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    物理学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘金璐;杨杰;张涛;樊矾;黄伟;徐兵杰
  • 通讯作者:
    徐兵杰
Optimality of quantum randomness certification with independent devices
独立设备的量子随机性最优性证明
  • DOI:
    10.1364/josab.35.002186
  • 发表时间:
    2018-08
  • 期刊:
    Journal of the Optical Society of America B-Optical Physics
  • 影响因子:
    1.9
  • 作者:
    Fei Xin-Wei;Yin Zhen-Qiang;Cui Chao-Han;Huang Wei;Xu Bing-Jie;Wang Shuang;Chen Wei;Han Yun-Guang;Guo Guang-Can;Han Zheng-Fu
  • 通讯作者:
    Han Zheng-Fu
Randomness quantification for quantum random number generation based on detection of amplified spontaneous emission noise
基于放大自发辐射噪声检测的量子随机数生成的随机性量化
  • DOI:
    10.1088/2058-9565/abbd80
  • 发表时间:
    2020-08
  • 期刊:
    Quantum Science and Technology
  • 影响因子:
    6.7
  • 作者:
    Yang Jie;Fan Fan;Liu Jin Lu;Su Qi;Li Yang;Huang Wei;Xu Bing Jie
  • 通讯作者:
    Xu Bing Jie

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其他文献

基于时延光子储备池计算的混沌激光短期预测
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘奇;李璞;开超;胡春强;蔡强;张建国;徐兵杰
  • 通讯作者:
    徐兵杰
量子保密通信用增益开关半导体脉冲激光器
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    中国激光
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    周强;刘金璐;谷远辉;樊矾;王云祥;徐兵杰
  • 通讯作者:
    徐兵杰
基于 VCSEL模式跳变产生全光物理随机数
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    光 通 信 研 究
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    赵嘉敏;李 璞;贾志伟;张建国;徐兵杰;王云才
  • 通讯作者:
    王云才
高速小型化光量子随机数发生器
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    中国激光
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    魏世海;樊矾;杨杰;黄伟;何远杭;李大双;徐兵杰
  • 通讯作者:
    徐兵杰
基于适应性矩估计的偏振控制算法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    光学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    夏骞;张涛;刘金璐;杨杰;何远杭;黄伟;李大双;徐兵杰
  • 通讯作者:
    徐兵杰

其他文献

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徐兵杰的其他基金

高速光量子噪声源芯片安全机理及关键技术研究
  • 批准号:
    U19A2076
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    247 万元
  • 项目类别:
    联合基金项目
连续变量量子密钥分发协议后选择技术研究
  • 批准号:
    61501414
  • 批准年份:
    2015
  • 资助金额:
    22.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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  • 批准号:
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  • 资助金额:
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相似海外基金

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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