# HD-QPSK-CVQKD
Hello! Here are MATLAB-based code packages with functions for calculating the secret key rate when excuting the homodyne detection quadrature phase shift keying continuous-variable quantum key distribution protocol.
The preprint that introduces this protocol is given on PRX Quantum 2, 040334 (arXiv with Num. 2104.11152).
Code 1 and Code 2 are two code packages based on this protocol. They are alternative choices if you want to simulate this protocol.
# Introduction of Code 1
There is one controller and nine functions:
-> Controller - afin_control.m
This is a function with the key rate as the final output. The inputs are experimental parameters.
-> Function - S_1.m
This is a function to generate all Hermitian matrices in the constraints.
-> Function - S_2.m
This is a function to calculate the value of each constraint.
-> Function - S_3.m
This is a function to generate a primal density matrix \rho_{AB} under the constraints.
-> Function - S_4.m
This is a function to generate the matrices of interval operators in the photon number representation.
-> Function - S_5.m
This is a function to calculate \Del\rho, which is the solution of the primal problem in the step 1.
-> Function - S_6.m
This is a function to search the parameter \lambda that makes the key rate minimum.
-> Function - S_7.m
This is a function to solve the dual problem in step 2.
-> Function - S_8.m
This is a function to calculate the error correction for each quadrature.
-> Function - abstractep.m
This is a function to gain the parameter ep2 used in dual problem.
# Introduction of Code 2
There is one controller and eleven functions:
-> Controller - protocol_simulation.m
This is a script with the key rate as the final result. It sets the parameters and controls other functions.
-> Function - K_pq_new.m
This is a function to generate Kraus operators in the key rate formula.
-> Function - Gamma.m
This is a function to calculate the constraint matrices.
-> Function - gamma_exp.m
This is a function to calculate the value of each constraint.
-> Function - search_rho0.m
This is a function to generate a primal density matrix \rho_{AB} under the constraints.
-> Function - algorithm1.m
This is a function to do the step 1 (primal problem).
-> Function - abstractep.m
This is a function to gain the parameter eps used in dual problem.
-> Function - G_perturb_deg.m
This function is used to calculte the hermitian conjugate of the perturbed G.
-> Function - G_perturb.m
This function is used to calculte the perturbed G.
-> Function - max_gamma_y.m
This is a function to solve the dual problem in step 2.
-> Function - rel_ent.m
This is a function to calcualte the relative entropy of the inputs.
-> Function - error_correction.m
This is a function to calculate the error correction for each quadrature.
基于离散调制的连续变量量子密钥分发Matlab仿真代码(DM-CV-QKD)
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更新于2024-03-05
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离散调制连续变量量子密钥分发(DM-CVQKD)是一种在量子通信领域中用于实现安全信息传输的方法。Matlab作为一种强大的数学和工程计算软件,常被用来进行各种仿真,包括量子通信系统的模拟。本项目提供的代码是基于QPSK(四相相移键控)技术的DM-CVQKD仿真,可以帮助我们理解并分析这种安全通信协议的工作原理。
QPSK是一种数字调制技术,它同时利用幅度和相位的变化来传输信息。在QPSK中,每个信号可以表示两个比特,因为有四个可能的相位状态,每种状态对应00、01、10或11的二进制序列。在量子密钥分发中,QPSK能有效提高信息传输的效率,同时保持良好的抗干扰性能。
DM-CVQKD协议是连续变量量子密钥分发的一种变体,通常使用光的幅度和相位作为量子态来编码信息。在离散调制中,信息不是连续变化的,而是通过一组离散的值来表示,这增加了抵抗噪声和窃听的安全性。Matlab代码将模拟这一过程,包括量子信道的建模、信号的发射与接收、误码率的计算以及安全距离的评估。
在具体实现上,Matlab代码可能包含以下几个关键部分:
1. **量子信道模型**:模拟实际信道中的衰减、噪声和窃听者的影响。
2. **调制器**:生成QPSK符号,并将其映射到连续变量的幅度和相位上。
3. **发送与接收**:通过量子信道发送量子态,并在接收端进行检测。
4. **误码率计算**:比较发送和接收的信号,计算出错误比特的比例。
5. **安全性分析**:根据误码率和信道特性,确定安全密钥生成速率和最大安全距离。
通过运行这些代码,我们可以观察到不同参数(如信噪比、调制大小等)对系统性能的影响,并优化系统设计以提高安全性。这对于研究DM-CVQKD系统的理论和实践都有重要意义,也是理解和开发新型量子通信系统的基础。
在"QPSK-CVQKD"这个压缩包中,可能包含了若干个.m文件,每个文件对应上述的一个或多个功能模块。用户需要按照文件的说明顺序运行,或者根据需求单独调用各个函数进行分析。对于学习和研究DM-CVQKD或者QPSK调制技术的人员来说,这是一个宝贵的资源,可以帮助他们深入理解量子密钥分发的细节,并进行相关的实验设计和优化。
tmd3211
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