城市环境自由空间连续变量量子密钥分发实验研究

发布时间：2022-05-08 08:00

　　量子密码是上世纪60年代由美国的Wiesner[1]提出的一个结合了物理学与密码学的交叉学科。其中量子密钥分发（quantum key distribution,QKD）是量子密码里发展最为成熟,应用最广泛的分支。第一个量子密钥分发协议于1984年由Bennett和Brassard提出[2],它利用单光子的偏振态进行信息编码。由于单光子探测器的缺陷与单光子信息加载能力的限制等实际因素,离散调制协议具有探测效率相对较低、成码率不高等劣势。而相干态连续变量协议于2002年由Grosshans和Grangier提出[3],它利用相空间中互不对易的两个正则坐标调制连续值的信息,而在探测段采用硅基光电二极管的平衡零差探测方案,具有抗环境光干扰能力强,探测效率高,每脉冲码率高、可利用经典光通信器件实现等优点。近十多年来,基于光纤信道传播的连续变量协议及实验发展广泛,然而自由空间信道得连续变量协议研究却相对缓慢。相比光纤信道而言,自由空间信道具有对偏振及相位非敏感、损耗低等优势,但同时也容易受到大气湍流的干扰,导致光强衰减不稳定、额外噪声偏高等现象,对最终的安全码率影响显著。自由空间连续变量QKD的... 

【文章页数】：114 页

【学位级别】：博士

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摘要
ABSTRACT
第1章 量子密钥分发概述
    1.1 密码学简述
    1.2 BB84协议
    1.3 连续变量协议
第2章 高斯量子信息基础
    2.1 经典信息论基本公式
        2.1.1 香农熵
        2.1.2 冯·诺伊曼熵
        2.1.3 Holevo界
    2.2 相空间与正则分量
        2.2.1 辛矩阵
        2.2.2 正则分量
        2.2.3 协方差矩阵与高斯态
    2.3 高斯操作
        2.3.1 单模态
        2.3.2 双模态
        2.3.3 其他高斯操作
    2.4 本章小结
第3章 连续变量QKD安全性分析
    3.1 独立攻击
    3.2 联合攻击
    3.3 一般攻击
    3.4 实际安全性
        3.4.1 额外噪声来源
        3.4.2 针对探测器的攻击
        3.4.3 针对本振光的攻击
        3.4.4 针对光源和调制的攻击
        3.4.5 有限码长统计涨落
    3.5 数据协商
    3.6 本章小结
第4章 自由空间连续变量QKD实验
    4.1 连续变量QKD实验研究概述
    4.2 透镜对高斯光斑的变换
    4.3 单维度调制协议
    4.4 偏振编码原理
        4.4.1 斯托克斯参量的定义
        4.4.2 斯托克斯参量的测量
        4.4.3 电光调制器
        4.4.4 零差检测
    4.5 实验光路
        4.5.1 发送端
        4.5.2 接收端
    4.6 实验结果
        4.6.1 器件性能测试
        4.6.2 光斑行为
        4.6.3 QKD参数
    4.7 误差分析与讨论
        4.7.1 光源强度和偏振涨落
        4.7.2 波片和偏振分束器非理想
        4.7.3 探测器功率响应
        4.7.4 其他因素
    4.8 本章小结
第5章 自由空间连续变量QKD的环境影响研究
    5.1 自由空间连续变量QKD概述
    5.2 实验原理与装置
    5.3 数据采集方法
        5.3.1 数据发送
        5.3.2 寻找上升沿
        5.3.3 数据同步
    5.4 实验结果
        5.4.1 辅助脉冲的性能
        5.4.2 天气的影响
    5.5 本章小结
第6章 总结与展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的研究成果



本文编号：3651257