本文關(guān)鍵詞：基于光子軌道角動量的量子密鑰分發(fā)協(xié)議的研究

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【摘要】：量子密鑰分發(fā)(QKD)是一種被嚴(yán)格證明的無條件安全的通信方式。傳統(tǒng)量子密鑰分發(fā)方案存在很多漏洞,近年提出的與測量設(shè)備無關(guān)的量子密鑰分發(fā)方案(MDI-QKD)有效地解決了探測器探測方面的漏洞。另一方面,光子軌道角動量是一種新型的量子信息載體,光子軌道角動量(OAM)取值無限,且不同光子軌道角動量間相互正交特性在量子密鑰分發(fā)中得到了應(yīng)用。本文主要研究了基于光子軌道角動量的高維量子密鑰分發(fā)方案以及與測量設(shè)備無關(guān)的光子軌道角動量量子密鑰分發(fā)方案。論文的主要研究內(nèi)容如下:(1)論文以BB84協(xié)議為基礎(chǔ),利用光子軌道角動量作為信息載體,結(jié)合誘騙態(tài)的技術(shù),給出主動誘騙態(tài)和被動誘騙態(tài)兩種誘騙態(tài)方法下的基于光子軌道角動量態(tài)的高維量子密鑰分發(fā)方案。論文給出兩種方案的理論推導(dǎo)過程,并通過MATLAB對方案的密鑰率進(jìn)行仿真。仿真結(jié)果表明,基于光子軌道角動量的高維量子密鑰分發(fā)方案特性與二維方案相比,由于每個量子態(tài)攜帶的信息量增加為2log d(d為維數(shù)),高維方案的密鑰比特產(chǎn)生率得到提高,密鑰傳輸中的安全性也增強(qiáng)了。然后論文對主動誘騙態(tài)和被動誘騙態(tài)兩種情況下的方案進(jìn)行了比較以及理論上的仿真,結(jié)果表明,與主動誘騙態(tài)方案相比,被動誘騙態(tài)方案的安全性更高,但密鑰率有所降低。(2)波分復(fù)用技術(shù)可極大地提高通信系統(tǒng)的傳輸率。論文將波分復(fù)用技術(shù)應(yīng)用到基于軌道角動量態(tài)的測量設(shè)備無關(guān)的量子密鑰分發(fā)方案中,給出一種基于波分復(fù)用的OAM-MDI-QKD方案,論文對這一方案進(jìn)行了理論分析,并給出了仿真結(jié)果。結(jié)果表明波分復(fù)用技術(shù)顯著地提高了方案的密鑰率。同時,論文給出一種非對稱信道傳輸效率下的OAM-MDI-QKD方案,仿真結(jié)果表明,信道傳輸效率的非對稱性降低了OAM-MDI-QKD方案的密鑰率,減少了方案的安全傳輸距離。研究表明在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中通過調(diào)節(jié)信號強(qiáng)度可以改善非對稱信道傳輸效率的量子密鑰分發(fā)方案的密鑰率,以非對稱信道傳輸距離為例,當(dāng)距離比率為0.8時,信號光強(qiáng)度2μ=0.3與2μ=0.5相比較,當(dāng)2μ=0.3時,方案可容忍傳輸損耗更高,遠(yuǎn)距離傳輸時的密鑰率也更高。
【關(guān)鍵詞】：量子密鑰分發(fā) 與測量設(shè)備無關(guān)的量子密鑰分發(fā) 光子軌道角動量 誘騙態(tài) 波分復(fù)用 非對稱信道傳輸效率
【學(xué)位授予單位】：南京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：O413;TN918.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 第一章 緒論7-12
• 1.1 背景7
• 1.2 量子密碼術(shù)研究現(xiàn)狀7-10
• 1.3 本文主要內(nèi)容10-12
• 第二章 量子密鑰分發(fā)基礎(chǔ)理論12-28
• 2.1 量子密鑰分發(fā)協(xié)議12-25
• 2.1.1 量子力學(xué)基本定理12-13
• 2.1.2 經(jīng)典量子密鑰分發(fā)協(xié)議13-17
• 2.1.3 與測量設(shè)備無關(guān)的QKD協(xié)議17-25
• 2.2 光子軌道角動量25-27
• 2.2.1 軌道角動量的概念、產(chǎn)生方式26
• 2.2.2 拉蓋爾-高斯（Laguerre-Gauss,LG）模26-27
• 2.3 本章小結(jié)27-28
• 第三章 基于OAM的誘騙態(tài)多維量子密鑰分發(fā)28-44
• 3.1 誘騙態(tài)一般理論模型28-29
• 3.2 弱相干光源下的軌道角動量態(tài)的多維QKD29-36
• 3.2.1 弱相干光源29-30
• 3.2.2 方案描述30-32
• 3.2.3 QKD方案理論分析32-35
• 3.2.4 仿真結(jié)果35-36
• 3.3 改進(jìn)型光源下的軌道角動量態(tài)的多維QKD36-42
• 3.3.1 改進(jìn)型的弱相干光源37-39
• 3.3.2 方案理論分析39-41
• 3.3.3 仿真結(jié)果41-42
• 3.4 本章小結(jié)42-44
• 第四章 基于光子軌道角動量的MDI-QKD方案研究44-57
• 4.1 應(yīng)用波分復(fù)用的MDI-QKD協(xié)議44-50
• 4.1.1 波分復(fù)用的基本概念44-46
• 4.1.2 基于波分復(fù)用技術(shù)的MDI-QKD協(xié)議分析46-49
• 4.1.3 仿真結(jié)果分析49-50
• 4.2 非對稱信道傳輸效率的MDI-QKD協(xié)議50-56
• 4.2.1 光束的光纖信道傳輸50-51
• 4.2.2 非對稱信道傳輸效率的MDI-QKD理論分析51-56
• 4.3 本章小結(jié)56-57
• 第五章 總結(jié)與展望57-59
• 參考文獻(xiàn)59-63
• 附錄1 攻讀碩士學(xué)位期間撰寫的論文63-64
• 致謝64

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本文編號：1000924