红外与激光工程
2023, 52(3): 20230017
1 科大国盾量子技术股份有限公司, 安徽 合肥 230088
2 浙江华电器材检测研究院有限公司, 杭州 浙江 310000
3 国网浙江省电力有限公司嘉兴供电公司, 浙江 嘉兴 314000
4 浙江国盾量子电力科技有限公司, 浙江 杭州 310007
为进一步提升量子密钥分发 (QKD) 技术的实用性和安全性, 挖掘 QKD 系统中可能存在的安全漏洞并研究相应的防御策略是该领域的一个重要研究方向。死时间攻击是一种针对具有多通道探测器的 QKD 系统的攻击方式, 攻击者利用单光子雪崩光电二极管的死时间效应实现对指定通道的致盲以破坏 QKD 系统生成密钥的安全性。针对该类型攻击, 提出了一种能够有效防范攻击的基于时间测量的动态死时间设置方案, 该方案通过使用 TDC 时间测量技术确保多通道探测器能够同步进入与退出死时间状态从而实现防御目标。经试验平台验证, 该方案具备可行性。
量子通信 量子密钥分发 雪崩光电二极管 死时间攻击 时间数字转换器 现场可编程门阵列 quantum communication quantum key distribution avalanche photo diode dead time attack time to digital converter field programmable gate array
科大国盾量子技术股份有限公司, 安徽 合肥 230088
针对量子密钥分发 (QKD) 技术的市场化需求, 提出一种应用于 QKD 产品的随机数源实现方案及高速自检算法。采用商用的 WNG-8 噪声源搭建芯片阵列作为随机数源, 并通过异或的方式提升随机数可靠性。根据国家相关标准要求, 基于现场可编程门阵列 (FPGA) 设计了一种高速扑克自检算法方案, 通过优化判断策略, 并对检测数据流实行乒乓切换控制和并行统计, 实现了 3.8 Gbps 的处理带 宽, 并预留进一步提升至 10 Gbps 处理带宽的能力, 以满足未来高速 QKD 产品随机数源实时检测需求。
量子信息 随机数源 扑克检测 现场可编程门阵列 数字信号处理 quantum information random number source Poker check field programmable gate array digital signal processing
科大国盾量子技术股份有限公司, 安徽 合肥 230088
量子密钥分发 (QKD) 是一种新型对称密钥分发技术, 其采用随机数编码产生发射端的量子信号。目前高速 QKD 技术不断发展, 对随机数源的速率及可靠性提出了更高的要求, 详细梳理了高速 QKD 系统随机数源的整体需求, 提出了一种基于现场可编程门阵列 (FPGA) 的 10 Gbps 高速随机数源及实时自检方案。其中随机数源采用相位抖动原理实现, 通过叠加 128 个振荡器实现单个随机数源, 再并行例化产生 10 Gbps 高速随机数, 数据符合《GM/T-0005-2012 随机性检测规范》。并依据 QKD 系统对随机数的独特使用需求, 设计实现了 10 Gbps 处理带宽的实时全 0 全 1 自检模块, 保障了 QKD 系统所使用高速随机数的可靠性, 为高速 QKD 系统的研制提供了支撑。
量子信息 量子密钥分发 随机数源 现场可编程门阵列 实时自检 quantum information quantum key distribution random number source field programmable gate array real-time self-check
科大国盾量子技术股份有限公司, 安徽 合肥 230088
量子密钥分发(QKD)是一种新型对称密钥分发技术,其经典信道上的交互数据要求采用安全的认证协议保护。目前高速QKD技术不断发展,对认证协议的处理带宽提出了更高的要求。详细梳理了QKD系统认证协议的设计需求,并设计实现了基于线性反馈移位寄存器(LFSR)的Toeplitz矩 阵高速QKD系统认证方案。该方案采用FPGA硬件平台实现,利用FPGA并行处理能力以及流水线数据处理方案,实现最高10 Gbps量级的数据处理带宽,能够为未来超高速QKD系统的研制提供帮助。
量子信息 认证 线性反馈移位寄存器 Toeplitz矩阵 量子密钥分发 quantum information authentication linear feedback shift register Toeplitz matrix FPGA FPGA quantum key distribution
1 合肥电子工程学院, 合肥 230038
2 中国科学技术大学 近代物理系, 合肥 230026
由于受激元素所辐射的γ光子能量范围主要集中在100 keV~6 MeV之间, 因此通过基于此能量范围的γ射线源模拟实验研究了采用锗酸铋(BGO)阵列相邻信号叠加实现能量高分辨率的新方法并分析比较了其性能。结果显示：对于较高能的γ光子, 若仅使用单根BGO晶体产生的信号时不可能得到较好的能量分辨率；而当使用BGO阵列将该单晶体产生的信号与相邻晶体产生信号相加, 则能谱质量会变得更佳。对于能量分辨率为90 keV的能量窗, 通过模拟得到平均固有空间分辨率为3.938 mm (FWHM)。
中子受激辐射计算机断层扫描成像技术 能量分辨率 固有空间分辨率 neutron stimulated emission computed tomography energy resolution intrinsic spatial resolution Geant4 Geant4 强激光与粒子束
2016, 28(12): 126001
1 合肥电子工程学院, 合肥 230038
2 中国科学技术大学 近代物理系, 合肥 230026
基于蒙特卡罗的模拟方法,设计了一个基于塑料闪烁光纤阵列的γ射线位置灵敏探测器并对其性能进行了系统的研究.分析了该探测器在高能γ粒子辐照下的康普顿散射特性和圆形塑料闪烁光纤的能量泄漏情况,发现随着入射能量的不同,康普顿边缘峰值也相应变化,并且和入射光子能量一一对应.考虑阵列间粒子串扰的情况下,利用此特性得到该位置灵敏探测器在0.8～7.0 MeV的γ入射能量下,能量分辨率和空间分辨率分别能够达到10%和cm量级.但由于闪烁光纤原子序数较低,在较高能区的探测效率也较低,只有15%左右或更低.这就使得利用闪烁光纤阵列探测器不能同时满足较好的空间分辨率和能量分辨率,两者出现一定的矛盾.
康普顿边限 塑料闪烁光纤 位置灵敏探测器 蒙特卡罗 Compton edge plastic scintillating fiber position-sensitive detector Monte Carlo 强激光与粒子束
2015, 27(7): 076004
1 电子工程学院 404室, 合肥 230038
2 中国科学技术大学 近代物理系, 合肥 230026
基于蒙特卡罗方法, 对γ射线针孔成像系统进行了点扩展函数的模拟研究.采用高斯拟合法比较了入射点中心入射及分别偏离0.5像素、1像素、1.5像素和2像素五种条件下γ射线针孔成像系统的点扩展函数, 得出相应系统的调制传递函数, 并对空间分辨率进行比较.研究结果表明, 当偏离量较小时, 利用高斯拟合方法得到的γ针孔成像系统的点扩展函数误差较小, 能够满足精度要求；当偏离量较大时拟合误差较大.另外, 在针孔与探测器之间加一层理想挡板来减少散射, 可以显著地减少拟合误差, 提高其空间分辨率.
针孔成像 点扩展函数 调制传递函数 Pinhole imaging Point spread function Modulation transfer function Geant4 Geant4
1 电子工程学院 电子系, 合肥 230038
2 中国科技大学 近代物理系, 合肥 230026
采用蒙特卡罗方法对闪烁光纤阵列探测器在高能X射线入射下的串扰进行了模拟研究，并且分析比较了加铅层对串扰的影响.研究中采用对表征成像系统空间分辨率参量——调制传递函数进行模拟分析和比较，得到在光纤阵列之间加入不同铅层厚度后对系统调制传递函数参量曲线的影响.研究结果表明：在高能射线下，采用闪烁光纤阵列作为成像探测器存在严重的次级粒子相互串扰的现象，而在阵列之间加入铅介质能够减少这种效应; 但另一方面，若所加铅层太厚又会导致成像探测器像素过大而使得空间分辨率下降.通过模拟计算得出：只要在阵列之间加入适当厚度的铅介质，既可以有效抑止阵列之间次级粒子的串扰，同时又能提高闪烁光纤阵列探测器系统的空间分辨率.
闪烁光纤阵列 成像探测器 铅层 串扰 Scintillating fiber array Imaging detector Lead layer Crosstalk
