提高密钥率是量子密钥分发研究中一个亟需解决的问题。在本工作中,我们提出了一种具有高密钥率的测量设备无关的量子密钥分发协议,它是基于高维共轭空间来实现的,这项工作是对基于偏振的测量设备无关量子密钥分发协议的扩展[1]。具体的实施方案如图 1(a)所示,Alice和Bob随机制备一组具有互无偏性质的高维离散的空间基和动量基,空间基由不同的单模光纤来进行传输,空间基用单模光纤的序号来表示;动量基是空间基的相干叠加,它是由叠加的相位梯度来表示。第三方检测Charlie用一个多输入多输出的分束器来检测光子态信息,其中动量基的检测是通过多缝衍射来实现;而位置基检测则是直接将每个分束器的一侧输出口接入单光子探测器。我们详细讨论了基于该实验装置的量子密钥分发协议,并且将第三方检测与常规的 Bell 态测量做了对比,证明了该方案的可行性;此外我们证明该方案跟基于偏振的测量设备无关量子密钥分发协议具有相同的安全性等级;接着我们对该模型的信道模型和噪声进行了细致的讨论和研究,并提出了合理的实现方案;最后我们推导出针对该信道的量子密钥率公式,密钥生成率随传播距离的变化如图 1(b)所示,证明了密钥率随着维度的增加呈现显著的上升趋势。该工作对测量设备无关的量子密钥分发协议进行了详细的剖析,可以帮助人们对该协议具有更深层次的理解。
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