量子信息科學(xué)是一門利用量子力學(xué)來研究信息科學(xué)的學(xué)科。盡管量子信息有眾多子領(lǐng)域,其兩個(gè)主分支為量子計(jì)算和量子通信。量子計(jì)算需要利用量子疊加和糾纏等特性,通常被用來解決某一類問題。量子計(jì)算由量子計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。盡管其優(yōu)勢并不是普適的,量子計(jì)算機(jī)在解決某些問題時(shí)甚至比最強(qiáng)大的超級計(jì)算機(jī)還要高效和迅速得多。量子通信的精髓在于把量子態(tài)從一個(gè)地方傳輸?shù)搅硪粋�(gè)地方從而實(shí)現(xiàn)信息的傳遞。量子通信的基本動機(jī)是利用量子態(tài)編碼量子信息。量子信息能完成很多利用經(jīng)典信息很難完成或者完成效率極低的任務(wù)。最好的例證就是量子密鑰分發(fā)（QKD）。量子通信包括很多子領(lǐng)域,如量子通信復(fù)雜度、量子擲幣、量子承諾和量子數(shù)字簽名等。在本論文中我們主要研究量子通信中最有實(shí)用化前景的量子技術(shù)—一QKD及其相關(guān)的量子信息處理技術(shù)。QKD是利用量子通信在通信參與方之間建立安全的密鑰分發(fā)系統(tǒng)的過程。通常參與者為兩方,分別被稱為Alice和Bob。任何第三方都不能獲取被分享密鑰的任何信息。這是由量子力學(xué)中的兩個(gè)基本性質(zhì)保證的:海森堡不確定性原理和量子不可克隆定理。如果第三方（通常被稱為Eve）嘗試獲取密鑰信息,就會導(dǎo)致被傳輸?shù)牧孔討B(tài)發(fā)生改變。那么... 

【文章頁數(shù)】：133 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 量子信息
    1.2 量子力學(xué)公設(shè)簡介
    1.3 普適量子門
    1.4 量子密鑰分發(fā)(QKD)技術(shù)
        1.4.1 BB84協(xié)議原理
        1.4.2 實(shí)際物理系統(tǒng)QKD的安全性
        1.4.3 直面實(shí)際系統(tǒng)安全性——QKD協(xié)議的改進(jìn)
    1.5 本論文研究主線
第2章 基于雪崩光電二極管(APD)的量子隨機(jī)數(shù)發(fā)生器
    2.1 量子隨機(jī)數(shù)發(fā)生器簡介
    2.2 APD雪崩概率的泊松特性
    2.3 廣義von Neumann編碼方法
    2.4 基于APD雪崩電流和廣義von Neumann編碼的QRNG
        2.4.1 實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)
        2.4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論
第3章 單光子雪崩探測器(SPAD)的后脈沖效應(yīng)研究
    3.1 SPAD及其后脈沖簡介
    3.2 SPAD的后脈沖機(jī)制的理論分析
        3.2.1 捕陷載流子
        3.2.2 后脈沖的非馬爾科夫性質(zhì)
    3.3 后脈沖機(jī)制的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
        3.3.1 實(shí)驗(yàn)裝置
        3.3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論
    3.4 后脈沖效應(yīng)小結(jié)
第4章 軌道角動量(OAM)光子態(tài)的非破壞操控
    4.1 OAM光場的物理圖景
    4.2 OAM光場的產(chǎn)生和測量
        4.2.1 OAM光場的產(chǎn)生
        4.2.2 OAM光場的分離和測量
    4.3 OAM光子態(tài)的高保真度分離
        4.3.1 道威棱鏡對偏振的影響
        4.3.2 BS型單路Sagnac干涉儀(BS-SPSI)中的道威棱鏡
        4.3.3 PBS-SPSI中的道威棱鏡
        4.3.4 高保真度改進(jìn)型BS-SPSI的設(shè)計(jì)
        4.3.5 改進(jìn)型BS-SPSI的實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)和討論
    4.4 高維OAM光子態(tài)的受控相位操控
        4.4.1 受控相位門操控模塊
        4.4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論
    4.5 高維OAM光子態(tài)的幺正變換及應(yīng)用
        4.5.1 高維分束器及高維OAM分離器
        4.5.2 高維OAM分離器的可擴(kuò)展方案
        4.5.3 不完美器件條件下的OAM分離器保真度
第5章 總結(jié)與展望
參考文獻(xiàn)
附錄A 廣義von Neumann編碼效率相關(guān)定理的證明
    A.1 2.3節(jié)定理2.1的證明
    A.2 2.3節(jié)定理2.2的證明
附錄B SPAD后脈沖相關(guān)模型的公式推導(dǎo)
    B.1 3.2.2節(jié)式(3.10)的證明
    B.2 3.2.2節(jié)式(3.8)的證明
附錄C 高維OAM分離器級聯(lián)結(jié)構(gòu)相關(guān)定理證明
    C.1 4.5.2節(jié)并行級聯(lián)結(jié)構(gòu)(PCS)
    C.2 4.5.2節(jié)并行多級級聯(lián)結(jié)構(gòu)(PMCS)
    C.3 4.5.2節(jié)時(shí)延級聯(lián)結(jié)構(gòu)(TDCS)
致謝
在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的研究成果


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[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)



本文編號：3728905