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量子光纤信道和相关技术研究

韩宝彬  
【摘要】: 如何安全的传输数据是目前通信系统面临的难题,而现有的加密系统却只能提供有条件的安全。量子通信的出现改变了这一局面。量子密钥分发的安全性由量子力学基本定律保证从而具有无条件安全的优点。但光纤信道中传输的光子偏振态的随机改变或是附加相移导致量子密钥分发产生大量误码。 论文从两个方面进行研究:光纤的传输特性和偏振控制技术。首先研究了光纤信道特性对相位编码和偏振编码的影响,然后提出了几种偏振控制方案。得到如下结果: 1、建立了BB84密钥分发模型并仿真了系统传输效率、暗电流误码和通信距离的关系,分析表明忽略暗电流数误码并不影响信道特性分析从而在此基础上建立了光纤信道相位编码和偏振编码两种密钥分发系统的信道模型。 2、利用双折射影响下的相位差模型对偏振编码BB84进行了分析仿真,结果表明在铺设光纤时应尽量避免小曲率的弯曲,另外应力双折射对单光子的影响甚于纤芯椭圆度。建立了偏振模色散影响下的量子比特误码率模型并进行数值分析,结果表明偏振模色散的存在会导致误判。建立了磁光效应作用下的误码率模型并进行仿真分析,表明磁光效应对偏振方向的旋转导致量子比特到达错误的探测器并最终引起误码甚至使系统不能工作。 3、建立了温度变化时的双不等臂M-Z干涉仪误码模型并进行数值分析,结果表明温度的变化会引起误判概率的波动。分析了横向压力对双不等臂M-Z干涉仪密钥分发的影响,结果表明横向压力的存在仅仅会使双不等臂M-Z干涉仪密钥分发效率下降。针对法拉第旋转镜的时分复用干涉仪方案,建立了磁场作用和法拉第旋转镜的时分复用干涉仪密码分发系统的关系模型,结果表明磁场的干扰可能会使法拉第旋转镜时分复用干涉仪系统无法正常工作。而对Sangac方案的理论分析则表明该方案不会受到环境因素慢变的影响。 4、针对偏振编码方案,提出一种自动偏振控制补偿方案,分析结果证明该方案可以抵消双折射对偏振态的影响,但会使系统传输效率下降。


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