本文關(guān)鍵詞：基于FPGA的星上量子實驗控制單元的研究與實現(xiàn)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：量子信息學(xué)近年來取得了巨大的發(fā)展,它是經(jīng)典信息學(xué)和量子力學(xué)相結(jié)合的學(xué)科。相比于經(jīng)典信息學(xué)其擁有更大的優(yōu)勢與前景,因而在各個領(lǐng)域被廣泛的關(guān)注和研究。在量子信息學(xué)中,量子通信是發(fā)展最成熟、最接近實用化的通信方式。目前為止,基于光纖的量子通信已經(jīng)相對比較成熟并且應(yīng)用于實際中。但是由于信號于光纖中存在固有衰減,基于光纖的量子通信很難做到遠(yuǎn)距離量子通信,并且其受地理因素影響較大。因此為實現(xiàn)全球化的量子密鑰分發(fā)、完成遠(yuǎn)距離糾纏分發(fā)以及隱形傳態(tài)實驗,實現(xiàn)星地量子通信是十分有必要的。星地量子通信中星上控制單元是完成實驗的關(guān)鍵部分之一,因此對其研究與實現(xiàn)是十分有意義的。基于FPGA的星上量子實驗控制單元是本論文研究的主要內(nèi)容。在量子通信過程中,量子實驗控制單元的主要任務(wù)是量子信號的發(fā)送控制、量子信號的時間探測以及相關(guān)科學(xué)數(shù)據(jù)的傳輸存儲等。其中量子信號的發(fā)送控制以及量子信號的時間探測是本課題的研究重點和創(chuàng)新點。量子通信中采用弱光作為信息載體,因此在大衰減的星地量子信道中,接收端探測到信號個數(shù)較少,這將直接影響最終成碼。為提高量子通信的成碼率,必須增加單位時間內(nèi)信號探測的個數(shù),故提高發(fā)射頻率是量子通信的關(guān)鍵,在本課題中我們利用循環(huán)調(diào)制脈沖的方法提高發(fā)射頻率,實現(xiàn)了200 MHz的量子發(fā)射頻率。為探測高頻的發(fā)射信號并減小噪聲產(chǎn)生的影響,我們采用FPGA進(jìn)位鏈實現(xiàn)高精度的時間測量,測量時間精度達(dá)到了50ps。量子實驗控制單元由五個模塊組成,分別是高速脈沖調(diào)制模塊,主要完成量子信號的發(fā)送控制;時間測量模塊,主要完成量子信號的時間測量;數(shù)據(jù)總線控制模塊和SDRAM控制模塊,主要完成科學(xué)數(shù)據(jù)的傳輸與存儲;以及完成各個模塊間的控制調(diào)度功能的指令解析與系統(tǒng)控制模塊。利用量子實驗控制單元我們分別進(jìn)行量子密鑰分發(fā)實驗,量子糾纏分發(fā)實驗和量子隱形傳態(tài)實驗。在模擬衰減大于40d B的情況下成功完成了量子密鑰分發(fā)實驗,成碼率1.8kbps,誤碼率2.8%。在模擬衰減為76d B的情況下實現(xiàn)了雙向量子糾纏分發(fā)實驗,觀測到了Bell不等式破缺,Bell不等式測量結(jié)果為2.5±0.8。在模擬衰減為46d B的情況下實現(xiàn)了量子隱形傳態(tài)實驗,所傳送態(tài)對比度均大于3:1,置信度大于95%。實驗過程中量子實驗控制單元穩(wěn)定、可靠,證明其能滿足量子通信實驗的要求。
【關(guān)鍵詞】：FPGA 衛(wèi)星 量子通信 控制單元
【學(xué)位授予單位】：寧波大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：O413;TN918
【目錄】：

• 引言6-8
• 1 緒論8-12
• 1.1 選題背景及意義8-9
• 1.2 量子通信發(fā)展概述9-11
• 1.3 論文內(nèi)容安排11-12
• 2 星地量子通信12-22
• 2.1 星地量子通信流程12-13
• 2.2 星地間相對運(yùn)動對量子通信的影響13-16
• 2.2.1 星地相對運(yùn)動13-15
• 2.2.2 星地相對運(yùn)動對接收頻率的影響15-16
• 2.3 星地量子通信實驗介紹16-21
• 2.3.1 量子密鑰分發(fā)實驗16-18
• 2.3.2 量子糾纏分發(fā)實驗18-19
• 2.3.3 量子隱形傳態(tài)實驗19-21
• 2.4 本章小結(jié)21-22
• 3 量子時間測量及量子發(fā)送控制22-39
• 3.1 基于FPGA的高精度時間測量方法22-30
• 3.1.1 時間測量方法22-25
• 3.1.2 高精度時間測量在FPGA中的實現(xiàn)25-27
• 3.1.3 高精度時間測量性能分析27-30
• 3.2 基于FPGA的高速LD脈沖調(diào)制方法30-35
• 3.2.1 脈沖調(diào)制方法30-32
• 3.2.2 高速LD脈沖調(diào)制在FPGA中的實現(xiàn)32-33
• 3.2.3 高速LD脈沖性能分析33-35
• 3.3 時間精度對量子通信影響35-38
• 3.4 本章小結(jié)38-39
• 4 量子實驗控制單元的實現(xiàn)39-58
• 4.1 指令解析與系統(tǒng)控制功能40-43
• 4.1.1 RS422總線接.模塊40-41
• 4.1.2 指令解析模塊41-42
• 4.1.3 系統(tǒng)控制模塊42-43
• 4.2 數(shù)據(jù)總線控制功能43-48
• 4.2.1 LVDS總線44-46
• 4.2.2 TLK2711總線46-48
• 4.3 SDRAM控制功能48-51
• 4.3.1 SDRAM狀態(tài)機(jī)49-50
• 4.3.2 SDRAM數(shù)據(jù)交互50-51
• 4.4 時間測量功能51-54
• 4.4.1 時間測量模塊51-53
• 4.4.2 計數(shù)功能模塊53-54
• 4.5 脈沖調(diào)制功能54-56
• 4.5.1 高速量子光調(diào)制模塊55-56
• 4.5.2 同步光脈沖調(diào)制56
• 4.6 資源利用56-57
• 4.7 本章小結(jié)57-58
• 5 量子實驗控制單元的實驗驗證58-67
• 5.1 量子密鑰分發(fā)實驗驗證58-61
• 5.2 量子糾纏分發(fā)實驗驗證61-63
• 5.3 量子隱形傳態(tài)驗證63-66
• 5.4 本章小結(jié)66-67
• 6 結(jié)論與展望67-69
• 參考文獻(xiàn)69-72
• 在學(xué)研究成果72-73
• 致謝73-75
• 論文摘要75-76
• Abstract76

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 應(yīng)建華;黃萌;趙江平;;一種基于RS485/RS422的多速收發(fā)器的設(shè)計[J];半導(dǎo)體技術(shù);2007年12期

2 李勇;艾竹君;史亞彬;方巍;;基于FPGA的脈沖信號發(fā)生器的設(shè)計[J];低溫與超導(dǎo);2006年06期

  本文關(guān)鍵詞：基于FPGA的星上量子實驗控制單元的研究與實現(xiàn)，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：368107