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《西安邮电大学》 2018年
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空间多种等离子体环境对量子卫星通信性能影响的研究

唐守荣  
【摘要】:量子通信是通过量子纠缠效应来进行信息传递的一种新型的通信方式。基于量子力学的基本原理,单光子的不可分割性和量子态的不可克隆性,保证了信息的不可窃听和不可破解。因此量子通信具有保密性强、安全性高等优势,是当前通信与信息领域的研究热点。2016年8月16日凌晨1时40分,全球首颗量子科学实验卫星“墨子号”在中国酒泉卫星发射中心发射成功,这是使用量子技术构建全球性安全通信网络迈出的第一步。其中量子中继技术是组建全球量子通信网络的关键技术。由于星地量子卫星通信网络受空间环境的影响较大,为确保通信的可靠性,应准确研究空间环境对量子卫星通信的影响,及时调整卫星系统的各项指标。然而,有关空间不同等离子体环境对量子卫星通信性能影响方面的研究,迄今尚未展开。为此本文通过对不同等离子体环境特性进行分析,研究等离子体环境对光量子信号传输的影响,着重讨论了在特定的环境下量子卫星链路的衰减模型,环境特性与量子卫星性能参数的定量关系,为今后量子通信发展的研究提供理论依据,为下一步研究如何解决由于空间环境造成量子通信性能衰减这一问题奠定了基础。本文的创新点主要分为:一、根据偶发E层的形成过程,得出了自由电子密度随高度变化的关系;然后建立了自由电子密度、偶发E层的厚度对量子卫星链路衰减的模型;针对振幅阻尼信道,给出自由电子密度和信道容量、纠缠保真度、误码率及安全密钥产生率的定量关系。二、根据Mie散射理论得到单个带电尘埃粒子的光散射截面;然后通过粒子浓度求出总的消光截面,得出了链路衰减的数学模型,提出了带电粒子特性与量子纠缠度的关系;针对退极化信道,给出了尘埃粒子半径、粒子浓度与信道容量、量子误码率的定量关系。三、首先从量子纠缠态的超密编码传输开始,提出了一种基于四光子纠缠态的量子超密编码通信协议,通过该协议,即可以建立纠缠信道,又可以传递量子信息;然后探究了星地量子链路传输损伤模型,得出了传输距离与信息传输损伤率的关系;接着提出基于平流层量子通信的量子中继修复策略。实验表明,该修复策略可降低信息传输时的损耗,增加量子信号的传输距离。
【学位授予单位】:西安邮电大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TN91;O413

【参考文献】
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