相位编码量子密钥分发系统的优化分析

发布时间：2017-09-16 10:51

  本文关键词：相位编码量子密钥分发系统的优化分析

  更多相关文章： 量子密钥分发 相位编码 单模光纤 相位噪声 偏振漂移

【摘要】：随着信息科技的飞速发展,通信安全越来越受到社会各界的广泛关注。传统的通信系统是基于计算的复杂程度来保证其安全性的,但是随着近年来量子计算及量子算法的发展,尤其是关于大数因子分解的Shor算法的提出,使得这种通信系统很容易在没有察觉的情况下被窃听,其安全性能越来越无法满足各领域的需求。近年来迅速发展的量子密钥分发系统,是建立在量子力学的基本原理之上,由量子不可克隆定律、测量塌缩理论和海森堡不确定原理等保证通信双方能够检测到量子信道中来自第三方的任何窃听行为,从而保证了其无条件安全性。在量子密钥分发系统中通信双方可以分享无条件安全的密钥,在军事和商业等领域具有广泛的应用前景。目前,已有许多新的量子密钥分发协议相继被提出,其安全性证明也逐渐完善,量子密钥分发正在朝着产业化、实用化方向发展,将会为人类的生活带来更大的革新和飞跃。在基于光纤信道的相位编码量子密钥分发系统中,由于光束在长距离光纤传输过程中受到环境扰动的影响,引起光纤的折射率等因素随机变化,使传输过程中的激光相位和偏振发生不规则抖动,引入噪声,限制了量子通信系统在实际环境中的应用。基于以上问题,本文在单光子相位编码量子密钥分发系统中加入压缩相位噪声及控制偏振漂移的优化系统,消除激光在长距离光纤传输中引入的噪声,提高并稳定量子通信系统的成码率。具体研究内容包括以下两个方面：第一,压缩长距离光纤传输中的低频相位噪声。通过参考光与信号光外差拍频检测光纤传输引入的相位噪声信号,用低通滤波器提取出其中低频部分用于反馈,反馈信号经PID计算以后控制相位调节执行器,达到提前补偿相位漂移的目的。在传输距离分别为25km、50km、75km时把0-20kHz范围内的相位噪声压缩到接近本底噪声。第二,实时补偿光纤传输引入的偏振随机漂移。通过单片机及数控偏振控制器对单光子偏振态进行快速调制,利用偏振分束器的输出光强变化作为监测偏振漂移的指标,由遗传算法寻找全局最优解计算出最佳调制电压,达到对单光子偏振漂移的实时控制。在每脉冲平均光子数小于0.1的25公里单模光纤单光子相位编码量子密钥分发系统中,将信号光偏振优化到最佳值,并实现了系统长期稳定运行。通过这两方面的优化,降低了光纤传输中引入的噪声,25km光纤通信系统的密钥分发率达到1.3kbps,提高了基于相位编码单光子密钥分发系统的稳定性及成码率。
【关键词】：量子密钥分发 相位编码 单模光纤 相位噪声 偏振漂移
【学位授予单位】：山西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O413;TN918.4
【目录】：

• 中文摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 第一章 绪论12-18
• 1.1 量子密钥分发概述12-15
• 1.2 国内外研究动态15-18
• 第二章 基于相位干涉的量子密钥分发系统18-26
• 2.1 等臂M-Z干涉仪相位编码系统18-20
• 2.2 双不等臂M-Z干涉仪实验系统20-21
• 2.3 即插即用系统21-22
• 2.4 差分相移系统22-23
• 2.5 单光子边带干涉系统23-24
• 2.6 本章小结24-26
• 第三章 低频相位噪声的压缩优化26-36
• 3.1 相位噪声的描述26-27
• 3.2 相位噪声压缩的原理27-29
• 3.2.1 相位噪声的补偿27-29
• 3.2.2 外插拍频法检测相位噪声29
• 3.3 实验系统的实现29-31
• 3.4 实验结果31-35
• 3.5 本章小结35-36
• 第四章 偏振漂移的实时控制优化36-50
• 4.1 光偏振态的数学描述36-40
• 4.1.1 偏振态的三角函数表示36-37
• 4.1.2 偏振态的琼斯矢量表示37-38
• 4.1.3 偏振态的斯托克斯矢量表示38
• 4.1.4 偏振态的邦加球表示38-39
• 4.1.5 挤压光纤的双折射效应39-40
• 4.2 偏振控制器40-41
• 4.2.1 方位角型偏振控制器40
• 4.2.2 延迟量型偏振控制器40-41
• 4.2.3 延迟量-方位角型偏振控制器41
• 4.3 光纤通信系统中偏振补偿方法41-43
• 4.3.1 双向往返光路偏振自补偿法42
• 4.3.2 中断式偏振补偿法42
• 4.3.3 时分多路复用偏振补偿法42
• 4.3.4 波分多路复用偏振补偿法42-43
• 4.4 实验系统的实现43-48
• 4.4.1 实验装置43-44
• 4.4.2 遗传算法44-46
• 4.4.3 实验结果46-48
• 4.5 本章小结48-50
• 第五章 单光子边带相位编码QKD系统测试50-56
• 5.1 实验装置及原理50-53
• 5.2 安全性分析53-54
• 5.3 测试步骤54-55
• 5.4 测试结果55-56
• 第六章 总结与展望56-58
• 参考文献58-62
• 攻读学位期间取得的研究成果62-63
• 致谢63-64
• 个人简况及联系方式64-65
• 承诺书65-66

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 李伟文,章献民,陈抗生,邹英寅;基于模拟退火算法的偏振控制器波片相移特性研究[J];光学学报;2005年04期

2 龚岩栋,陈根祥,简水生;偏振控制器的研究和现状[J];光纤与电缆及其应用技术;1995年03期

，

本文编号：862618