基于偏振编码的量子密钥分发系统的偏振控制算法的实现

发布时间：2017-08-19 15:13

  本文关键词：基于偏振编码的量子密钥分发系统的偏振控制算法的实现

  更多相关文章： 量子密钥分发 B92协议 偏振失准 偏振控制算法

【摘要】：量子通信是一种以量子力学特性为依据并结合经典通信理论的新兴通信技术。量子力学的未知量子态不可克隆定理和海森堡不确定性原理保证了量子密钥分发(Quantum Key distribution,QKD)的绝对无条件可靠性,使得基于量子密钥分发的量子加密通信越来越成为人们研究的焦点,量子加密通信未来的应用前景已势不可挡。偏振态作为量子加密通信的载体,直接影响量子密钥分发系统密钥率的高低,本文重点研究基于偏振编码的量子密钥分发系统的偏振控制算法的实现。论文首先介绍了量子力学的理论基础,发展现状及发展前景,包括量子比特,保证量子通信无条件安全性的物理理论即量子不可克隆原理和海森堡测不准原理,典型量子密钥分发协议如B92协议等;引入了光偏振基础理论以及偏振控制器的控制机理。其次,利用随机偏振模色散模型,分析了偏振态在光纤中传输时的变化规律,研究并仿真偏振失配对系统密钥率和误码率的重要影响。第三,基于对偏振态光学特性和常见偏振控制模型原理的研究,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,提出一种偏振控制算法,该算法利用探测器探测到的单光子计数作为反馈,改进遗传算法并应用到QKD系统单光子偏振态的制备阶段,实现最优偏振态的快速定位,介绍了算法的基本工作流程和改进方法,并对算法在系统中的实现进行了仿真和性能分析。此外,基于QKD中的小幅度偏振失配,参考QKD中的误码率,利用模拟退火算法进行调节,使偏振态得到补偿,实现QKD的实时调节,对该算法的模型和具体流程进行详细阐述,并对算法在量子密钥分发系统应用中的各个参数进行仿真,结果对比,找出最优的参数,仿真结果显示,模拟退火算法可重新将偏振光调节至合适的范围,具备比较可靠的实时调节能力。第四,基于偏振编码B92协议实验平台,对偏振控制算法在平台中的实现效果进行验证,证实了算法对偏振态调整的有效性和实用性。最后,对全文进行总结,并展望下一步工作。下一步工作将需要研究偏振失配对于信息安全的影响。针对实际的控制器类型做相关实验验证偏移量移动期间占用的时间。选择合适的控制参量,并且在实际偏振编码QKD系统运行中对各参量进行微调以验证算法的应用效果及各参量对实际偏振效果的影响。
【关键词】：量子密钥分发 B92协议 偏振失准 偏振控制算法
【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】：TN918.4
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 符号对照表10-11
• 缩略语对照表11-14
• 第一章 绪论14-20
• 1.1 量子通信概述14-15
• 1.2 量子通信的现状与发展展望15-17
• 1.2.1 量子通信的现状15-16
• 1.2.2 量子密钥分发发展展望16-17
• 1.3 论文所做工作及章节安排17-20
• 第二章 量子力学和量子密钥分发理论基础20-34
• 2.1 量子力学基础20-24
• 2.1.1 量子比特20-22
• 2.1.2 量子不可克隆原理22-23
• 2.1.3 海森堡测不准定理23-24
• 2.2 量子密钥分发协议24-27
• 2.2.1 BB84协议25-27
• 2.2.2 B92协议27
• 2.3 光的偏振态27-30
• 2.3.1 光的偏振态概述27-28
• 2.3.2 光的偏振态描述28-30
• 2.4 偏振控制器分类30-32
• 2.4.1 方位角控制型30-31
• 2.4.2 延迟量控制型31-32
• 2.4.3 方位角-延迟量控制型32
• 2.5 本章小结32-34
• 第三章 光纤信道中单光子偏振态的演化规律分析34-46
• 3.1 偏振态的变化规律34-40
• 3.1.1 随机偏振模色散模型34-36
• 3.1.2 随机偏振模色散下的量子态保真度分析36-38
• 3.1.3 偏振态的演化分析（衰减率）38-40
• 3.2 偏振失配在QKD中的影响分析40-43
• 3.2.1 基于BB84协议的QKD系统偏振失配分析40-41
• 3.2.2 基于B92协议的QKD系统偏振失配分析41-43
• 3.3 本章小结43-46
• 第四章 B92偏振编码系统中偏振控制算法研究46-64
• 4.1 基于偏振编码的B92协议QKD实验系统实现46-48
• 4.1.1 B92实验系统的基本组成46-48
• 4.1.2 偏振控制流程简述48
• 4.2 偏振控制模型48-51
• 4.2.1 B92协议偏振反馈量选取48-49
• 4.2.2 偏振反馈数学模型49-51
• 4.3 快速偏振调节-基于遗传算法的偏振控制51-57
• 4.3.1 算法操作流程51-54
• 4.3.2 算法的实现和性能分析54-57
• 4.4 实时偏振调节—基于模拟退火算法的偏振调节57-61
• 4.4.1 算法的流程57-59
• 4.4.2 算法在偏振调节中的实现和分析59-61
• 4.5 偏振控制算法性能测试61-62
• 4.6 本章小结62-64
• 第五章 总结与建议64-66
• 5.1 总结64
• 5.2 未来工作建议64-66
• 参考文献66-70
• 致谢70-72
• 作者简介72-73

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 左进;;偏振片工作原理及标示方法建议[J];物理通报;2011年10期

2 胡嘉仲;王向斌;;基于诱骗态方法的量子密钥分发[J];中国科学:物理学 力学 天文学;2011年04期

3 韩宝彬;裴昌幸;陈南;易运晖;;偏振模色散对量子密钥分发影响分析[J];西安电子科技大学学报;2008年05期

4 丛薇;隋清江;;光的偏振态描述及转换计算[J];哈尔滨师范大学自然科学学报;2007年02期

5 李伟文;金晓峰;章献民;陈抗生;;遗传算法在偏振态控制中的应用[J];浙江大学学报(工学版);2006年03期

6 龚岩栋，陈士谦，，简水生;相干光通信中的偏振问题[J];光通信技术;1995年02期

本文编号：701416