基于光子轨道角动量的量子密钥分发协议的研究

发布时间：2017-10-09 15:20

  本文关键词：基于光子轨道角动量的量子密钥分发协议的研究

  更多相关文章： 量子密钥分发 与测量设备无关的量子密钥分发 光子轨道角动量 诱骗态 波分复用 非对称信道传输效率

【摘要】：量子密钥分发(QKD)是一种被严格证明的无条件安全的通信方式。传统量子密钥分发方案存在很多漏洞,近年提出的与测量设备无关的量子密钥分发方案(MDI-QKD)有效地解决了探测器探测方面的漏洞。另一方面,光子轨道角动量是一种新型的量子信息载体,光子轨道角动量(OAM)取值无限,且不同光子轨道角动量间相互正交特性在量子密钥分发中得到了应用。本文主要研究了基于光子轨道角动量的高维量子密钥分发方案以及与测量设备无关的光子轨道角动量量子密钥分发方案。论文的主要研究内容如下:(1)论文以BB84协议为基础,利用光子轨道角动量作为信息载体,结合诱骗态的技术,给出主动诱骗态和被动诱骗态两种诱骗态方法下的基于光子轨道角动量态的高维量子密钥分发方案。论文给出两种方案的理论推导过程,并通过MATLAB对方案的密钥率进行仿真。仿真结果表明,基于光子轨道角动量的高维量子密钥分发方案特性与二维方案相比,由于每个量子态携带的信息量增加为2log d(d为维数),高维方案的密钥比特产生率得到提高,密钥传输中的安全性也增强了。然后论文对主动诱骗态和被动诱骗态两种情况下的方案进行了比较以及理论上的仿真,结果表明,与主动诱骗态方案相比,被动诱骗态方案的安全性更高,但密钥率有所降低。(2)波分复用技术可极大地提高通信系统的传输率。论文将波分复用技术应用到基于轨道角动量态的测量设备无关的量子密钥分发方案中,给出一种基于波分复用的OAM-MDI-QKD方案,论文对这一方案进行了理论分析,并给出了仿真结果。结果表明波分复用技术显著地提高了方案的密钥率。同时,论文给出一种非对称信道传输效率下的OAM-MDI-QKD方案,仿真结果表明,信道传输效率的非对称性降低了OAM-MDI-QKD方案的密钥率,减少了方案的安全传输距离。研究表明在实际实验中通过调节信号强度可以改善非对称信道传输效率的量子密钥分发方案的密钥率,以非对称信道传输距离为例,当距离比率为0.8时,信号光强度2μ=0.3与2μ=0.5相比较,当2μ=0.3时,方案可容忍传输损耗更高,远距离传输时的密钥率也更高。
【关键词】：量子密钥分发 与测量设备无关的量子密钥分发 光子轨道角动量 诱骗态 波分复用 非对称信道传输效率
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O413;TN918.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 第一章 绪论7-12
• 1.1 背景7
• 1.2 量子密码术研究现状7-10
• 1.3 本文主要内容10-12
• 第二章 量子密钥分发基础理论12-28
• 2.1 量子密钥分发协议12-25
• 2.1.1 量子力学基本定理12-13
• 2.1.2 经典量子密钥分发协议13-17
• 2.1.3 与测量设备无关的QKD协议17-25
• 2.2 光子轨道角动量25-27
• 2.2.1 轨道角动量的概念、产生方式26
• 2.2.2 拉盖尔-高斯（Laguerre-Gauss,LG）模26-27
• 2.3 本章小结27-28
• 第三章 基于OAM的诱骗态多维量子密钥分发28-44
• 3.1 诱骗态一般理论模型28-29
• 3.2 弱相干光源下的轨道角动量态的多维QKD29-36
• 3.2.1 弱相干光源29-30
• 3.2.2 方案描述30-32
• 3.2.3 QKD方案理论分析32-35
• 3.2.4 仿真结果35-36
• 3.3 改进型光源下的轨道角动量态的多维QKD36-42
• 3.3.1 改进型的弱相干光源37-39
• 3.3.2 方案理论分析39-41
• 3.3.3 仿真结果41-42
• 3.4 本章小结42-44
• 第四章 基于光子轨道角动量的MDI-QKD方案研究44-57
• 4.1 应用波分复用的MDI-QKD协议44-50
• 4.1.1 波分复用的基本概念44-46
• 4.1.2 基于波分复用技术的MDI-QKD协议分析46-49
• 4.1.3 仿真结果分析49-50
• 4.2 非对称信道传输效率的MDI-QKD协议50-56
• 4.2.1 光束的光纤信道传输50-51
• 4.2.2 非对称信道传输效率的MDI-QKD理论分析51-56
• 4.3 本章小结56-57
• 第五章 总结与展望57-59
• 参考文献59-63
• 附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文63-64
• 致谢64

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本文编号：1000924