量子保密通信网络的动态路由及纠缠贝尔态测量的研究

发布时间：2018-12-21 16:33

【摘要】：量子通信由于其无条件的安全特性,以及纠缠等其它方面的出色性能,越来越受到人们的重视。一方面,量子通信具有许多经典通信所无法比拟且不具备的天然优势;另一方面,人们对网络和信息安全的需求也在日益增多。量子纠缠是量子力学中最为奇特的现象。对未知纠缠对的非破坏性测量和分析,对未来安全地利用量子纠缠特性非常重要。量子密钥分发是量子通信中最早发展的,也最为成熟的一种方案。基于量子密钥分发方案的量子保密通信已经被证明了其绝对安全性。基于可信中继的量子密钥分发网络因其扩展性强且技术较为成熟,已经逐渐成为量子保密通信网络的首选方案。那么如何保证基于可信中继的量子通信网络的安全成为了急需解决的重要问题。基于此,本文重点研究了两个方面:一是纠缠光子对贝尔态的非破坏性测量方法的研究;二是基于博弈论和链路剩余密钥量的动态路由选择算法的研究。首先,本文介绍了量子通信的基本概念和原理,以及目前国内外的发展现状。其次,对量子通信所依赖的量子力学方面的基本物理原理做了分析,并详细研究了目前广泛使用的两个重要量子密钥分发协议:BB84协议和B92协议。然后,在充分研究传统贝尔态测量方法的基础上,针对传统方法会对纠缠光子对的初始量子态产生不可逆破坏的缺陷,本文提出了一种非破坏性的贝尔态测量方法。该方法充分利用受控非门等量子逻辑器件和偏振分光棱镜等光学器件,借助两个辅助模式,通过Q和Q+两个测量模块,依据两个单光子探测器的探测结果,即可在不破坏被测纠缠光子对的初始量子态的情况下,对被测纠缠光子对进行分类。最后,在研究博弈论理论和链路剩余密钥量的基础上,本文提出一种基于博弈论和链路剩余密钥量的量子通信网络动态路由选择算法。在量子保密通信网中,安全性和密钥的均衡利用缺一不可。在网络中进行信息传输时,把信息发送方和接收方作为博弈的一方,把攻击者作为博弈的另一方,将信息的安全传递和链路剩余密钥量作为收益,双方采用不同的策略进行博弈,得到对应的收益值。通过求解对应的线性规划方程,可得到在当前网络拓扑和密钥状态下兼具安全性和密钥均衡利用的最优策略选择概率。当链路剩余密钥量或者网络拓扑发生变化时,可更新动态路由选择概率,最终将驱使网络达到最佳稳态。本文中还存在一定的不足,文中提出的非破坏性贝尔态测量方法还不能实现四种贝尔态的完全测量,提出的量子通信网络中的动态路由选择算法在实际应用中计算较为复杂,这些还需要进一步的研究和探索。
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【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】：2015
【分类号】：TN918;O413

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本文编号：2389164