【摘要】：信息安全關(guān)乎人們生活的方方面面。隨著金融、軍事等重要領(lǐng)域的信息化,它甚至關(guān)系到國家的安全。信息安全的基石是現(xiàn)代密碼體系。但基于數(shù)學(xué)計算復(fù)雜度的密碼受到能力與日俱增的計算機(jī)的持續(xù)威脅,尤其是被寄予厚望的量子計算機(jī)�！耙淮我幻堋弊鳛槲ㄒ槐粐�(yán)格證明是安全的密碼,可以在量子時代為信息保駕護(hù)航�！耙淮我幻堋钡拿荑�分配困難可以由量子密鑰分配解決,兩者的結(jié)合能提供無條件安全的通信。從1984年開始,量子密鑰分配歷經(jīng)三十余年的發(fā)展,在理論以及實(shí)驗(yàn)方面取得了很大的成就,累積了非常多的經(jīng)驗(yàn)和成熟技術(shù),被認(rèn)為是第一個可實(shí)用化并且實(shí)際上已經(jīng)接近實(shí)用化的量子信息技術(shù)。本文總結(jié)了本人攻讀博士學(xué)位期間在量子密鑰分配實(shí)用化以及原理驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)方面做的主要工作：1.光纖信道的偏振變化是影響量子密鑰分配性能的重要因素,但目前缺乏相應(yīng)的測量以及統(tǒng)計分析。為此,我們對一個廣域的埋地電信光纖網(wǎng)絡(luò)以及一段架空光纜的偏振變化進(jìn)行了長時間測量,對測量結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)的統(tǒng)計分析以及頻率分析,可為量子通信的偏振補(bǔ)償提供重要參考。其中一根埋地光纖跨過了長江。被測架空光纜與超高壓直流輸電線并行架設(shè),這是首次針對該類特殊環(huán)境的偏振測量。2.搭建了基于光纖擠壓器的偏振快速恢復(fù)以及自動補(bǔ)償系統(tǒng)。光纖擠壓器以其較低的插入損耗而被廣泛應(yīng)用于量子密鑰分配系統(tǒng)。但它存在延遲范圍有限可調(diào)的缺陷,為此提出了一個新穎的約束方案。相比于重置等傳統(tǒng)方案,它具備簡單,易實(shí)現(xiàn)且無需校準(zhǔn)的優(yōu)點(diǎn)。結(jié)合該方案以及梯度算法,通過控制光纖擠壓器實(shí)現(xiàn)了10rad/s量級的連續(xù)偏振跟蹤,處于同類偏振補(bǔ)償系統(tǒng)的最好水平。統(tǒng)計得到的偏振恢復(fù)時間可為量子密鑰分配的中斷式偏振補(bǔ)償提供重要參考。3.首次演示了基于糾纏的能容忍信道損耗和噪聲的確定性量子密鑰分配實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)也是第一個在電信光纖上傳輸?shù)幕诩m纏的往返式(two-way)量子密鑰分配實(shí)驗(yàn)。4.研究了相位獨(dú)立的弱相干態(tài)脈沖之間的干涉,該類干涉的可見度關(guān)系到測量設(shè)備無關(guān)量子密鑰分配協(xié)議的性能�；诹孔庸鈱W(xué)對該類干涉進(jìn)行了詳細(xì)的理論分析,并做了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。根據(jù)該類干涉對環(huán)境的相位噪聲不敏感,討論了基于該干涉的測距方案。
[Abstract]:Information security concerns all aspects of people's lives. With the financial, military and other important areas of information, it even relates to national security. The cornerstone of information security is the modern cryptographic system. However, the cryptography based on the computational complexity of mathematics is constantly threatened by the computer with increasing ability, especially the quantum computer with high expectations. "one at a time" as the only strictly proven secure password, can be used to protect information in the quantum age. The key distribution problem of "one secret at a time" can be solved by quantum key distribution, and the combination of the two can provide unconditional secure communication. Since 1984, quantum key distribution has been developed for more than 30 years. It has made great achievements in theory and experiment, and accumulated a lot of experience and mature technology. It is considered to be the first practical quantum information technology, which is in fact close to practicality. This paper summarizes the main work done by me in the practical and principle verification experiments of quantum key distribution during my doctoral degree. The polarization change of optical fiber channel is an important factor affecting the performance of quantum key distribution, but there is a lack of corresponding measurement and statistical analysis. Therefore, the polarization changes of a wide-area buried telecommunication fiber network and an aerial optical cable are measured for a long time, and the results are analyzed and analyzed in detail. It can provide important reference for polarization compensation of quantum communication. One of the buried fibers crossed the Yangtze River. The measured aerial optical cable is set up in parallel with the UHV DC transmission line. This is the first polarization measurement of this kind of special environment. A fast polarization recovery and automatic compensation system based on fiber extruder is built. Fiber extruder is widely used in quantum key distribution system due to its low insertion loss. However, the delay range is limited and adjustable, so a novel constraint scheme is proposed. Compared with traditional schemes such as reset, it has the advantages of simple, easy to implement and no calibration. Combined with this scheme and gradient algorithm, continuous polarization tracking in 10rad/s order is realized by controlling fiber extruder, which is at the best level of the similar polarization compensation system. The obtained polarization recovery time can provide an important reference for the interrupt polarization compensation of quantum key distribution. A deterministic quantum key distribution experiment based on entanglement, which can tolerate channel loss and noise, is demonstrated for the first time. This experiment is also the first entanglement based round trip (two-way) quantum key distribution experiment. The interference between the phase independent weak coherent state pulses is studied. The visibility of the interference is related to the performance of the measurement device independent quantum key distribution protocol. The theoretical analysis of this kind of interference is carried out based on quantum optics, and the experimental results are verified. According to the fact that the interference is insensitive to the phase noise of the environment, the ranging scheme based on the interference is discussed.
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O413;TN918.4

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