基于光纤的量子密钥分发系统中的偏振控制算法研究
本文选题:量子密钥分发 + 自动偏振控制 ; 参考:《西安电子科技大学》2014年硕士论文
【摘要】:量子保密通信是在理论上被证明具有绝对安全性的通信方式,而量子密钥分发是目前量子通信中研究最为深入、应用最为广泛的一种方案。历经将近三十年的发展,量子密钥分发逐渐由理论走向实用。本文以基于偏振编码方案的量子密钥分发实验系统为基础,着重研究了量子密钥分发过程中光偏振态自动控制算法,提升了通信过程的稳定性和可靠性。本文首先论述了量子通信和量子密钥分发的基本概念、发展现状及研究前景,介绍了量子通信的无条件安全性所依托的物理理论,详细阐述了量子密钥分发的主流协议方案:BB84协议和B92协议。根据论文研究内容,引入了光偏振基础理论知识以及光偏振态的几种典型表示方法,简单介绍了偏振控制器的控制机理及其基本分类。论文利用光偏振态的琼斯矢量表示法和邦加球图示法对挤压光纤式偏振控制器进行了建模分析,介绍了传统遗传算法的基本工作流程,对其在光偏振控制中的应用进行了仿真,阐述了其不足。在此基础上提出了基于分治策略的改进型遗传算法并利用模拟退火算法对所选最优解进行后处理,通过仿真确定了改进型遗传算法的几个重要参数,仿真结果显示采样值变化的平滑度和克服过早收敛的能力上均有所提高。讲述了基于偏振编码的B92协议量子密钥分发实验平台系统的详细结构,并对系统的工作流程进行说明;描绘了量子密钥分发接收方自动偏振控制模块图,并对部分重要模块细节实现作了较为详细的阐述。依据改进型遗传算法,对量子密钥分发的自动偏振控制方案进行重新规划,并完成了算法到实际应用的映射。在此基础上,阐述偏振自动反馈方案实施流程,进行实验,验证了改进型遗传算法具备较好可行性和较高的可靠性。
[Abstract]:Quantum secure communication is a communication mode that has been proved to have absolute security in theory, and quantum key distribution is the most extensive and widely used scheme in quantum communication. After nearly thirty years of development, quantum key distribution is gradually from theory to practical. This paper is based on the quantum density of polarization coding scheme On the basis of the key distribution experiment system, the automatic control algorithm of optical polarization state in the quantum key distribution process is emphatically studied. The stability and reliability of the communication process are improved. Firstly, the basic concepts, development status and research prospect of quantum communication and quantum key distribution are discussed in this paper, and the unconditional security of quantum communication is supported. The main protocol of quantum key distribution: BB84 protocol and B92 protocol are described in detail. According to the research content of the paper, the basic theory knowledge of light polarization and several typical representation methods of light polarization state are introduced. The control mechanism and basic classification of the polarization controller are briefly introduced. The paper uses the light polarization state of Jones. The vector representation method and the bond ball graphic method are used to model the extruded fiber polarization controller, and the basic working process of the traditional genetic algorithm is introduced. The application of it in the light polarization control is simulated and the deficiency is expounded. On this basis, an improved genetic algorithm based on the strategy of divide and conquer is proposed and the simulated annealing is used. After the algorithm is used to post the selected optimal solution, several important parameters of the improved genetic algorithm are determined by simulation. The simulation results show that the smoothness of the change of the sampling value and the ability to overcome the premature convergence are improved. The detailed structure of the B92 protocol quantum key distribution experimental platform system based on polarization coding is described, and the system is also described. The workflow of the system is explained, the automatic polarization control module diagram of the quantum key distribution receiver is depicted, and the details of some important modules are described in detail. Based on the improved genetic algorithm, the automatic polarization control scheme of the quantum key distribution is replanned, and the mapping of the algorithm to the practical application is completed. On this basis, the implementation process of polarization auto feedback scheme is described, and experiments are carried out to verify the feasibility and reliability of the improved genetic algorithm.
【学位授予单位】:西安电子科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:O413;TN918
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,本文编号:1949343
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