高维量子保密通信基础技术研究
发布时间：2023-01-08 17:40
量子信息科学是一门利用量子力学来研究信息科学的学科。尽管量子信息有众多子领域,其两个主分支为量子计算和量子通信。量子计算需要利用量子叠加和纠缠等特性,通常被用来解决某一类问题。量子计算由量子计算机实现。尽管其优势并不是普适的,量子计算机在解决某些问题时甚至比最强大的超级计算机还要高效和迅速得多。量子通信的精髓在于把量子态从一个地方传输到另一个地方从而实现信息的传递。量子通信的基本动机是利用量子态编码量子信息。量子信息能完成很多利用经典信息很难完成或者完成效率极低的任务。最好的例证就是量子密钥分发（QKD）。量子通信包括很多子领域,如量子通信复杂度、量子掷币、量子承诺和量子数字签名等。在本论文中我们主要研究量子通信中最有实用化前景的量子技术—一QKD及其相关的量子信息处理技术。QKD是利用量子通信在通信参与方之间建立安全的密钥分发系统的过程。通常参与者为两方,分别被称为Alice和Bob。任何第三方都不能获取被分享密钥的任何信息。这是由量子力学中的两个基本性质保证的:海森堡不确定性原理和量子不可克隆定理。如果第三方（通常被称为Eve）尝试获取密钥信息,就会导致被传输的量子态发生改变。那么...
【文章页数】：133 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 量子信息
1.2 量子力学公设简介
1.3 普适量子门
1.4 量子密钥分发(QKD)技术
1.4.1 BB84协议原理
1.4.2 实际物理系统QKD的安全性
1.4.3 直面实际系统安全性——QKD协议的改进
1.5 本论文研究主线
第2章 基于雪崩光电二极管(APD)的量子随机数发生器
2.1 量子随机数发生器简介
2.2 APD雪崩概率的泊松特性
2.3 广义von Neumann编码方法
2.4 基于APD雪崩电流和广义von Neumann编码的QRNG
2.4.1 实验实现
2.4.2 实验结果及讨论
第3章 单光子雪崩探测器(SPAD)的后脉冲效应研究
3.1 SPAD及其后脉冲简介
3.2 SPAD的后脉冲机制的理论分析
3.2.1 捕陷载流子
3.2.2 后脉冲的非马尔科夫性质
3.3 后脉冲机制的实验验证
3.3.1 实验装置
3.3.2 实验结果及讨论
3.4 后脉冲效应小结
第4章 轨道角动量(OAM)光子态的非破坏操控
4.1 OAM光场的物理图景
4.2 OAM光场的产生和测量
4.2.1 OAM光场的产生
4.2.2 OAM光场的分离和测量
4.3 OAM光子态的高保真度分离
4.3.1 道威棱镜对偏振的影响
4.3.2 BS型单路Sagnac干涉仪(BS-SPSI)中的道威棱镜
4.3.3 PBS-SPSI中的道威棱镜
4.3.4 高保真度改进型BS-SPSI的设计
4.3.5 改进型BS-SPSI的实验实现和讨论
4.4 高维OAM光子态的受控相位操控
4.4.1 受控相位门操控模块
4.4.2 实验结果及讨论
4.5 高维OAM光子态的幺正变换及应用
4.5.1 高维分束器及高维OAM分离器
4.5.2 高维OAM分离器的可扩展方案
4.5.3 不完美器件条件下的OAM分离器保真度
第5章 总结与展望
参考文献
附录A 广义von Neumann编码效率相关定理的证明
A.1 2.3节定理2.1的证明
A.2 2.3节定理2.2的证明
附录B SPAD后脉冲相关模型的公式推导
B.1 3.2.2节式(3.10)的证明
B.2 3.2.2节式(3.8)的证明
附录C 高维OAM分离器级联结构相关定理证明
C.1 4.5.2节并行级联结构(PCS)
C.2 4.5.2节并行多级级联结构(PMCS)
C.3 4.5.2节时延级联结构(TDCS)
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]Field experiment on a robust hierarchical metropolitan quantum cryptography network[J]. XU FangXing1, CHEN Wei1, WANG Shuang1, YIN ZhenQiang1, ZHANG Yang1, LIU Yun1, ZHOU Zheng1, ZHAO YiBo1, LI HongWei1,2, LIU Dong1, HAN ZhengFu1＆ GUO GuangCan1 1 Key Laboratory of Quantum Information (CAS), University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China; 2 Electronic Technology Institute, Information Engineering University, Zhengzhou 450004, China. Chinese Science Bulletin. 2009(17)
本文编号：3728905
【文章页数】：133 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 量子信息
1.2 量子力学公设简介
1.3 普适量子门
1.4 量子密钥分发(QKD)技术
1.4.1 BB84协议原理
1.4.2 实际物理系统QKD的安全性
1.4.3 直面实际系统安全性——QKD协议的改进
1.5 本论文研究主线
第2章 基于雪崩光电二极管(APD)的量子随机数发生器
2.1 量子随机数发生器简介
2.2 APD雪崩概率的泊松特性
2.3 广义von Neumann编码方法
2.4 基于APD雪崩电流和广义von Neumann编码的QRNG
2.4.1 实验实现
2.4.2 实验结果及讨论
第3章 单光子雪崩探测器(SPAD)的后脉冲效应研究
3.1 SPAD及其后脉冲简介
3.2 SPAD的后脉冲机制的理论分析
3.2.1 捕陷载流子
3.2.2 后脉冲的非马尔科夫性质
3.3 后脉冲机制的实验验证
3.3.1 实验装置
3.3.2 实验结果及讨论
3.4 后脉冲效应小结
第4章 轨道角动量(OAM)光子态的非破坏操控
4.1 OAM光场的物理图景
4.2 OAM光场的产生和测量
4.2.1 OAM光场的产生
4.2.2 OAM光场的分离和测量
4.3 OAM光子态的高保真度分离
4.3.1 道威棱镜对偏振的影响
4.3.2 BS型单路Sagnac干涉仪(BS-SPSI)中的道威棱镜
4.3.3 PBS-SPSI中的道威棱镜
4.3.4 高保真度改进型BS-SPSI的设计
4.3.5 改进型BS-SPSI的实验实现和讨论
4.4 高维OAM光子态的受控相位操控
4.4.1 受控相位门操控模块
4.4.2 实验结果及讨论
4.5 高维OAM光子态的幺正变换及应用
4.5.1 高维分束器及高维OAM分离器
4.5.2 高维OAM分离器的可扩展方案
4.5.3 不完美器件条件下的OAM分离器保真度
第5章 总结与展望
参考文献
附录A 广义von Neumann编码效率相关定理的证明
A.1 2.3节定理2.1的证明
A.2 2.3节定理2.2的证明
附录B SPAD后脉冲相关模型的公式推导
B.1 3.2.2节式(3.10)的证明
B.2 3.2.2节式(3.8)的证明
附录C 高维OAM分离器级联结构相关定理证明
C.1 4.5.2节并行级联结构(PCS)
C.2 4.5.2节并行多级级联结构(PMCS)
C.3 4.5.2节时延级联结构(TDCS)
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]Field experiment on a robust hierarchical metropolitan quantum cryptography network[J]. XU FangXing1, CHEN Wei1, WANG Shuang1, YIN ZhenQiang1, ZHANG Yang1, LIU Yun1, ZHOU Zheng1, ZHAO YiBo1, LI HongWei1,2, LIU Dong1, HAN ZhengFu1＆ GUO GuangCan1 1 Key Laboratory of Quantum Information (CAS), University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China; 2 Electronic Technology Institute, Information Engineering University, Zhengzhou 450004, China. Chinese Science Bulletin. 2009(17)
本文编号：3728905
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/xinxigongchenglunwen/3728905.html
