自由空間量子通信,由于其無條件的安全性,無論是在軍事領(lǐng)域還是在日常生活當(dāng)中,都引起了人們的廣泛關(guān)注。目前,光纖量子通信由于其傳輸路徑的限制,很難取得進(jìn)一步的突破和進(jìn)展,為了實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)距離的通信,自由空間量子通信成為實(shí)現(xiàn)超遠(yuǎn)距離量子通信網(wǎng)的更好選擇。單光子在自由空間信道中傳輸時(shí),不可避免的會(huì)受到地域條件以及外界環(huán)境的干擾。隨著社會(huì)的不斷發(fā)展,環(huán)境污染越來越嚴(yán)重,大氣湍流強(qiáng)度也隨之增強(qiáng),對(duì)單光子傳輸造成很大的干擾。本文主要研究不同強(qiáng)度大氣湍流對(duì)單光子在自由空間量子信道中傳輸?shù)母蓴_分析。(1)、簡(jiǎn)要描述了本課題的選題背景及研究意義,自由空間量子信道的歷史進(jìn)程和發(fā)展現(xiàn)狀。(2)、介紹支撐本文的理論基礎(chǔ)。主要內(nèi)容包含量子比特以及自身的主要特征,星地鏈路量子通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。(3)、在不同強(qiáng)度大氣湍流的背景下,提出基于單光子的星地鏈路傳輸方案�；诒痉桨�,提出星地鏈路量子信道的單光子接收效率模型,推導(dǎo)并仿真分析了不同強(qiáng)度的大氣湍流對(duì)其的影響。介紹了單光子在自由空間量子信道中傳輸時(shí)所用到的關(guān)鍵技術(shù),分析了接收端望遠(yuǎn)鏡的天線孔徑和傳輸距離對(duì)單光子捕捉率的影響。(4)、基于無共同參考幀的QKD傳輸協(xié)議,提出適應(yīng)本方案的量子誤碼率計(jì)算模型,詳細(xì)的分析了不同強(qiáng)度大氣湍流對(duì)接收端最終密鑰生成速率的影響。結(jié)合前面提出的單光子接收效率模型,分析不同強(qiáng)度大氣湍流對(duì)接收端單光子計(jì)數(shù)的影響。參考經(jīng)典通信中信道鏈路利用率模型,提出自由空間量子信道鏈路利用率模型,分析了大氣環(huán)境中的溫度、風(fēng)速以及相對(duì)濕度對(duì)量子信道鏈路利用率的干擾,仿真分析了其結(jié)果,并總結(jié)討論了其結(jié)果。本文主要通過分析接收端單光子計(jì)數(shù)以及最終密鑰生成速率,來判定地面發(fā)射站和衛(wèi)星接收端之間的消息傳遞情況。最后,對(duì)全文進(jìn)行總結(jié)和展望,為完成超遠(yuǎn)距離的量子通信網(wǎng)建設(shè)提供參考依據(jù)。
【學(xué)位單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：O413;TN918
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
符號(hào)對(duì)照表
縮略語對(duì)照表
第一章 緒論
    1.1 選題研究背景與意義
    1.2 自由空間量子信道的研究及發(fā)展
    1.3 量子通信系統(tǒng)
        1.3.1 量子通信系統(tǒng)基本模型
        1.3.2 直接量子通信系統(tǒng)
        1.3.3 間接量子通信系統(tǒng)
    1.4 論文整體工作安排
第二章 自由空間量子信道基本理論
    2.1 量子通信基本概念
        2.1.1 量子比特
        2.1.2 量子比特的特性
    2.2 量子通信關(guān)鍵技術(shù)
        2.2.1 單光子制備
        2.2.2 經(jīng)典量子密鑰分發(fā)協(xié)議
        2.2.3 量子信息交換與量子中繼
    2.3 量子通信信道概述
        2.3.1 比特翻轉(zhuǎn)信道
        2.3.2 退極化信道
        2.3.3 幅值阻尼信道
        2.3.4 相位翻轉(zhuǎn)信道
        2.3.5 相位阻尼信道
    2.4 量子通信系統(tǒng)指標(biāo)
    2.5 本章小結(jié)
第三章 一種改進(jìn)的基于單光子的自由空間量子信道傳輸模型與分析
    3.1 引言
    3.2 單光子在不同強(qiáng)度大氣湍流中的傳輸模型
        3.2.1 單光子在星地鏈路量子信道中傳輸?shù)姆桨柑岢雠c分析
        3.2.2 大氣湍流模型建立與分析
    3.3 單光子在自由空間系統(tǒng)中的傳輸分析
        3.3.1 單光子源選取分析
        3.3.2 單光子捕捉技術(shù)分析
        3.3.3 接收端單光子檢測(cè)技術(shù)研究
        3.3.4 單光子接收效率模型建立與分析
    3.4 本章小結(jié)
第四章 不同強(qiáng)度大氣湍流對(duì)自由空間量子通信性能的影響分析
    4.1 引言
    4.2 接收端單光子計(jì)數(shù)研究與分析
        4.2.1 單光子計(jì)數(shù)模型構(gòu)建與推導(dǎo)
        4.2.2 單光子計(jì)數(shù)模型仿真分析
    4.3 最終密鑰生成率建立與分析
        4.3.1 最終密鑰生成率模型構(gòu)建與推導(dǎo)
        4.3.2 最終密鑰生成率模型仿真與結(jié)果分析
    4.4 量子信道鏈路利用率模型的構(gòu)建與分析
    4.5 本章小結(jié)
第五章 總結(jié)與展望
    5.1 全文總結(jié)
    5.2 未來展望
參考文獻(xiàn)
致謝
作者簡(jiǎn)介

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