多变的海洋气候因素对量子通信性能影响的研究

发布时间：2020-06-05 12:32

【摘要】：量子通信技术主要是基于量子力学的基本原理,单光子不可分割的特性和量子不可克隆原理来保证信息不可被窃听,因此量子通信是拥有极强的保密性,是当前通信领域研究的热点。然而,有关于海洋气候因素对于量子通信性能的影响方面的研究,迄今研究较少。为此本文通过对几种常见的海洋气候因素进行了分析,研究了复杂天气下海洋气候因素对光量子传输的影响,重点讨论了在特定环境中量子通信所受到的外部环境影响,分析了环境特性对通信信道造成的衰减,并研究了其定量关系,为今后量子通信发展的研究提供了理论依据,为下一步研究如何实现星海量子通信这一问题奠定了一定的基础。本文的创新点主要分为:一、涌浪运动是非均匀水流中的一种非线性运动,首先对涌浪运动的传播建立了数学模型并分析了其频谱特性;然后针对退极化信道,提出了涌浪运动过程中波高、波长及运动周期与水下量子通信信道纠缠和信道容量的定量关系,并对量子密钥分发过程中误码率的影响进行了分析,结果表明随着涌浪运动波长和波高的增大,量子信道纠缠度和信道容量近似呈指数减小。二、根据海雾对光量子信号的传输造成的极大影响,首先对海雾的分布建立了数学模型。针对退极化信道,给出了海雾现象中雾滴例子浓度与量子链路衰减的定量关系,并剖析了海雾能见度与链路保真度和信道建立速率的定量关系,对纠缠粒子对的保真度对信道建立速率的影响进行了研究,结果显示随着海雾现象中雾滴粒子浓度和传输距离的增加,量子链路衰减呈指数形式增加,退极化信道保真度逐渐降低。三、为了研究海洋潮汐对量子通信造成的影响,首先建立海潮的模型,其次分析了海洋潮汐的成因及其评估方法,尤其是针对幅值阻尼信道,分析了海潮的潮高对信道容量的影响,并对量子通信信道利用率进行了研究,结果表明随着海潮潮高的不断增长,发生的时间越长,量子信道的容量越小,信道利用率随之逐渐降低。
【图文】：

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出的 E91 协议，它是基于 EPR 佯谬的双量子纠缠态独立通信的过生的一种新的量子密钥分发协议。子密集编码协议子密集编码通信协议是由 Bennett 和 Wiesner 联合提出的，第一 1995 年完成，发送方和接收方同时拥有 EPR 光子对，当 Bob 把e，首先会对 EPR 光子对进行分析后，发送一方将两比特信息（）进行编码，当接收方收到已经编码之后的光子时，Alice 立刻初拥有的光子对同时进行贝尔态测量，这一过程具有瞬时性并且子的干扰，最终获得了量子初态时携带的有效信息，并且发送方程获得接收方对信息进行幺正变化的操作规则。息的传送中，Bob 和 Alice 虽然只是运用了单比特量子进行信息有两比特经典信息被成功发出，这就是编码时经典比特始终以“密从产生了密集编码的协议。编码示意图如下：

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10110011010011'111 ppppMMMMAAAA星海量子通信网络星海量子通信网络是量子卫星与水面舰船或者水下接收器组成的通子信号穿过大气空间环境，到达海平面，通过在海水信道中的传输信。随着“墨子号”的发射，我们实现了洲际量子通信，并继续完成科学实验，或许在不远的将来，，能够实现星海量子通信，图 2.2 为系统的示意图。水面或者水下接收器接收到的光量子信号是由量子卫星所发射，目于低轨道运行，信号从不同的低轨道卫星穿过大气层进入大气环境信号传送至水面船艇，也可以继续穿过海平面进入海水当中，将信、潜水器等装备中，继而实现通信。
【学位授予单位】：西安邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN918;O413

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