本文關(guān)鍵詞：相位編碼量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的優(yōu)化分析

  更多相關(guān)文章： 量子密鑰分發(fā) 相位編碼 單模光纖 相位噪聲 偏振漂移

【摘要】：隨著信息科技的飛速發(fā)展,通信安全越來越受到社會各界的廣泛關(guān)注。傳統(tǒng)的通信系統(tǒng)是基于計算的復(fù)雜程度來保證其安全性的,但是隨著近年來量子計算及量子算法的發(fā)展,尤其是關(guān)于大數(shù)因子分解的Shor算法的提出,使得這種通信系統(tǒng)很容易在沒有察覺的情況下被竊聽,其安全性能越來越無法滿足各領(lǐng)域的需求。近年來迅速發(fā)展的量子密鑰分發(fā)系統(tǒng),是建立在量子力學(xué)的基本原理之上,由量子不可克隆定律、測量塌縮理論和海森堡不確定原理等保證通信雙方能夠檢測到量子信道中來自第三方的任何竊聽行為,從而保證了其無條件安全性。在量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)中通信雙方可以分享無條件安全的密鑰,在軍事和商業(yè)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。目前,已有許多新的量子密鑰分發(fā)協(xié)議相繼被提出,其安全性證明也逐漸完善,量子密鑰分發(fā)正在朝著產(chǎn)業(yè)化、實用化方向發(fā)展,將會為人類的生活帶來更大的革新和飛躍。在基于光纖信道的相位編碼量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)中,由于光束在長距離光纖傳輸過程中受到環(huán)境擾動的影響,引起光纖的折射率等因素隨機變化,使傳輸過程中的激光相位和偏振發(fā)生不規(guī)則抖動,引入噪聲,限制了量子通信系統(tǒng)在實際環(huán)境中的應(yīng)用。基于以上問題,本文在單光子相位編碼量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)中加入壓縮相位噪聲及控制偏振漂移的優(yōu)化系統(tǒng),消除激光在長距離光纖傳輸中引入的噪聲,提高并穩(wěn)定量子通信系統(tǒng)的成碼率。具體研究內(nèi)容包括以下兩個方面：第一,壓縮長距離光纖傳輸中的低頻相位噪聲。通過參考光與信號光外差拍頻檢測光纖傳輸引入的相位噪聲信號,用低通濾波器提取出其中低頻部分用于反饋,反饋信號經(jīng)PID計算以后控制相位調(diào)節(jié)執(zhí)行器,達(dá)到提前補償相位漂移的目的。在傳輸距離分別為25km、50km、75km時把0-20kHz范圍內(nèi)的相位噪聲壓縮到接近本底噪聲。第二,實時補償光纖傳輸引入的偏振隨機漂移。通過單片機及數(shù)控偏振控制器對單光子偏振態(tài)進(jìn)行快速調(diào)制,利用偏振分束器的輸出光強變化作為監(jiān)測偏振漂移的指標(biāo),由遺傳算法尋找全局最優(yōu)解計算出最佳調(diào)制電壓,達(dá)到對單光子偏振漂移的實時控制。在每脈沖平均光子數(shù)小于0.1的25公里單模光纖單光子相位編碼量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)中,將信號光偏振優(yōu)化到最佳值,并實現(xiàn)了系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行。通過這兩方面的優(yōu)化,降低了光纖傳輸中引入的噪聲,25km光纖通信系統(tǒng)的密鑰分發(fā)率達(dá)到1.3kbps,提高了基于相位編碼單光子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的穩(wěn)定性及成碼率。
【關(guān)鍵詞】：量子密鑰分發(fā) 相位編碼 單模光纖 相位噪聲 偏振漂移
【學(xué)位授予單位】：山西大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：O413;TN918.4
【目錄】：

• 中文摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 第一章 緒論12-18
• 1.1 量子密鑰分發(fā)概述12-15
• 1.2 國內(nèi)外研究動態(tài)15-18
• 第二章 基于相位干涉的量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)18-26
• 2.1 等臂M-Z干涉儀相位編碼系統(tǒng)18-20
• 2.2 雙不等臂M-Z干涉儀實驗系統(tǒng)20-21
• 2.3 即插即用系統(tǒng)21-22
• 2.4 差分相移系統(tǒng)22-23
• 2.5 單光子邊帶干涉系統(tǒng)23-24
• 2.6 本章小結(jié)24-26
• 第三章 低頻相位噪聲的壓縮優(yōu)化26-36
• 3.1 相位噪聲的描述26-27
• 3.2 相位噪聲壓縮的原理27-29
• 3.2.1 相位噪聲的補償27-29
• 3.2.2 外插拍頻法檢測相位噪聲29
• 3.3 實驗系統(tǒng)的實現(xiàn)29-31
• 3.4 實驗結(jié)果31-35
• 3.5 本章小結(jié)35-36
• 第四章 偏振漂移的實時控制優(yōu)化36-50
• 4.1 光偏振態(tài)的數(shù)學(xué)描述36-40
• 4.1.1 偏振態(tài)的三角函數(shù)表示36-37
• 4.1.2 偏振態(tài)的瓊斯矢量表示37-38
• 4.1.3 偏振態(tài)的斯托克斯矢量表示38
• 4.1.4 偏振態(tài)的邦加球表示38-39
• 4.1.5 擠壓光纖的雙折射效應(yīng)39-40
• 4.2 偏振控制器40-41
• 4.2.1 方位角型偏振控制器40
• 4.2.2 延遲量型偏振控制器40-41
• 4.2.3 延遲量-方位角型偏振控制器41
• 4.3 光纖通信系統(tǒng)中偏振補償方法41-43
• 4.3.1 雙向往返光路偏振自補償法42
• 4.3.2 中斷式偏振補償法42
• 4.3.3 時分多路復(fù)用偏振補償法42
• 4.3.4 波分多路復(fù)用偏振補償法42-43
• 4.4 實驗系統(tǒng)的實現(xiàn)43-48
• 4.4.1 實驗裝置43-44
• 4.4.2 遺傳算法44-46
• 4.4.3 實驗結(jié)果46-48
• 4.5 本章小結(jié)48-50
• 第五章 單光子邊帶相位編碼QKD系統(tǒng)測試50-56
• 5.1 實驗裝置及原理50-53
• 5.2 安全性分析53-54
• 5.3 測試步驟54-55
• 5.4 測試結(jié)果55-56
• 第六章 總結(jié)與展望56-58
• 參考文獻(xiàn)58-62
• 攻讀學(xué)位期間取得的研究成果62-63
• 致謝63-64
• 個人簡況及聯(lián)系方式64-65
• 承諾書65-66

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 李偉文,章獻(xiàn)民,陳抗生,鄒英寅;基于模擬退火算法的偏振控制器波片相移特性研究[J];光學(xué)學(xué)報;2005年04期

2 龔巖棟,陳根祥,簡水生;偏振控制器的研究和現(xiàn)狀[J];光纖與電纜及其應(yīng)用技術(shù);1995年03期

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本文編號：862618