基于光纤通信的量子安全通信相关实现问题的研究

发布时间：2017-08-09 08:04

  本文关键词：基于光纤通信的量子安全通信相关实现问题的研究

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【摘要】：随着信息手段在人类生产、生活当中得到广泛使用,通讯的安全得到前所未有的关注,人们愈来愈重视通信的安全。传统密码通信的安全性,是基于数学问题的难以求解,现在大规模集成电路计算机受限于本身物理的特性,运行速度有限,难于求解这类大数问题。然而量子计算机的出现,打破了传统密码通信安全的大门,大数分解问题量子计算机短时间内就能够破解,原有密码通信体制将不够安全。量子密码通信应运而生。量子密码通信有量子密钥分配、量子秘密共享、量子秘密通信、量子密集编码等研究分支,按照信息载体的不同,各个分支又可以分为连续变量(CV)领域和离散变量(DV)领域。由于离散变量量子密码通信,对单光子计数器、光源要求过于苛刻,而连续变量量子密码通信检测方便,对光源的要求不那么高,因此连续变量量子密码通信近些年得到了很多学者的关注。文章主要着眼研究连续变量量子密码通信的重要分支——连续变量量子密钥分配和连续变量量子密集编码。连续变量量子密钥分配利用了量子不可克隆特性实现物理上安全分配密钥,理论上是一种绝对安全的密钥分配手段。但是由于实际器件并没有理论模型那样完善,可能会引入一些安全漏洞。针对连续变量量子密钥分发系统的实际安全性能,文章从正向协商和反向协商情况下分别研究了法拉第旋转镜对实际系统密钥速率和传输距离的影响,完善了连续变量量子密钥分发的理论分析模型。在这个基础上,进一步提出了减小法拉第旋转镜不完善对系统影响的方法。文章第二个创新点是研究了环境对连续变量量子密集编码的影响。作为量子密码通信的重要分支之一,连续变量量子密集编码利用了连续变量的特性实现高密度信息量的传送。纠缠态是实验上经常采用的信息载体,由于系统和传输环境不可避免的会有相互作用,会导致纠缠态的湮灭,从而降低系统的性能。文章研究了纠缠态在不同环境作用下的演化情况,及其对连续变量量子密集编码互信息量的影响。在此基础上,又提出了一种通过改变光分束器的透射率来提高互信息量的方法。
【关键词】：量子密码通信 连续变量量子密钥分配 连续变量量子密集编码
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.11;TN918.4
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 第一章 概述13-18
• 1.1 经典密码通信13-14
• 1.2 量子密码通信14-17
• 1.2.1 连续变量量子密钥分发15-16
• 1.2.2 连续变量量子密集编码16-17
• 1.3 文章主要内容及章节安排17-18
• 第二章 量子密码通信的理论基础18-40
• 2.1 量子密码学的物理基础18-24
• 2.1.1 量子力学的基本假设18
• 2.1.2 量子态的基本性质18-19
• 2.1.3 福克斯态和相干态19-21
• 2.1.4 幺正变换和密度算子21-22
• 2.1.5 压缩态22-23
• 2.1.6 纠缠态23-24
• 2.2 量子密码学的信息论基础24-27
• 2.2.1 Shannon熵与Von Neumann熵24-26
• 2.2.2 Holevo界26-27
• 2.3 连续变量量子密码通信基础27-39
• 2.3.1 连续变量量子密钥分发光路27-29
• 2.3.2 高斯调制CVQKD29-33
• 2.3.3 理论安全分析模型33-34
• 2.3.4 Eve攻击方式34-37
• 2.3.5 协商37-38
• 2.3.6 高斯态辛本征值的求解38-39
• 2.4 本章小结39-40
• 第三章 连续变量量子密钥分发系统的速率研究40-53
• 3.1 引言40-41
• 3.2 不完美的法拉第旋转镜对密钥速率的影响41-51
• 3.2.1 法拉第旋转镜旋转角度的精度41-44
• 3.2.2 法拉第旋转镜不完善情况下系统密钥速率的分析44-51
• 3.3 减弱法拉第旋转镜不完善影响的方法51-52
• 3.4 提高系统安全性能的一些方法52
• 3.5 本章小结52-53
• 第四章 环境对连续变量量子密集编码的影响53-62
• 4.1 引言53-54
• 4.2 波色子结构环境下量子密集编码的信道容量54-58
• 4.3 不同波色子结构环境对信道容量的影响58-60
• 4.3.1 双模压缩真空态演化的物理模型58
• 4.3.2 透射率固定时的互信息量58-60
• 4.4 提高互信息量的方法60-61
• 4.5 本章小结61-62
• 第五章 总结与展望62-64
• 5.1 主要工作与创新点62
• 5.2 展望62-64
• 参考文献64-67
• 附录A 噪声的等价67-70
• 致谢70-72
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文72

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本文编号：644212