相位編碼量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的優(yōu)化分析.pdf

1、隨著信息科技的飛速發(fā)展，通信安全越來(lái)越受到社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。傳統(tǒng)的通信系統(tǒng)是基于計(jì)算的復(fù)雜程度來(lái)保證其安全性的，但是隨著近年來(lái)量子計(jì)算及量子算法的發(fā)展，尤其是關(guān)于大數(shù)因子分解的Shor算法的提出，使得這種通信系統(tǒng)很容易在沒(méi)有察覺(jué)的情況下被竊聽(tīng)，其安全性能越來(lái)越無(wú)法滿足各領(lǐng)域的需求。近年來(lái)迅速發(fā)展的量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)，是建立在量子力學(xué)的基本原理之上，由量子不可克隆定律、測(cè)量塌縮理論和海森堡不確定原理等保證通信雙方能夠檢測(cè)到量子信道中來(lái)自第

2、三方的任何竊聽(tīng)行為，從而保證了其無(wú)條件安全性。在量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)中通信雙方可以分享無(wú)條件安全的密鑰，在軍事和商業(yè)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。目前，已有許多新的量子密鑰分發(fā)協(xié)議相繼被提出，其安全性證明也逐漸完善，量子密鑰分發(fā)正在朝著產(chǎn)業(yè)化、實(shí)用化方向發(fā)展，將會(huì)為人類(lèi)的生活帶來(lái)更大的革新和飛躍。
　　在基于光纖信道的相位編碼量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)中，由于光束在長(zhǎng)距離光纖傳輸過(guò)程中受到環(huán)境擾動(dòng)的影響，引起光纖的折射率等因素隨機(jī)變化，使傳輸過(guò)程中

3、的激光相位和偏振發(fā)生不規(guī)則抖動(dòng)，引入噪聲，限制了量子通信系統(tǒng)在實(shí)際環(huán)境中的應(yīng)用。基于以上問(wèn)題，本文在單光子相位編碼量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)中加入壓縮相位噪聲及控制偏振漂移的優(yōu)化系統(tǒng)，消除激光在長(zhǎng)距離光纖傳輸中引入的噪聲，提高并穩(wěn)定量子通信系統(tǒng)的成碼率。具體研究?jī)?nèi)容包括以下兩個(gè)方面：
　　第一，壓縮長(zhǎng)距離光纖傳輸中的低頻相位噪聲。通過(guò)參考光與信號(hào)光外差拍頻檢測(cè)光纖傳輸引入的相位噪聲信號(hào)，用低通濾波器提取出其中低頻部分用于反饋，反饋信號(hào)經(jīng)PI

4、D計(jì)算以后控制相位調(diào)節(jié)執(zhí)行器，達(dá)到提前補(bǔ)償相位漂移的目的。在傳輸距離分別為25km、50km、75km時(shí)把0-20kHz范圍內(nèi)的相位噪聲壓縮到接近本底噪聲。
　　第二，實(shí)時(shí)補(bǔ)償光纖傳輸引入的偏振隨機(jī)漂移。通過(guò)單片機(jī)及數(shù)控偏振控制器對(duì)單光子偏振態(tài)進(jìn)行快速調(diào)制，利用偏振分束器的輸出光強(qiáng)變化作為監(jiān)測(cè)偏振漂移的指標(biāo)，由遺傳算法尋找全局最優(yōu)解計(jì)算出最佳調(diào)制電壓，達(dá)到對(duì)單光子偏振漂移的實(shí)時(shí)控制。在每脈沖平均光子數(shù)小于0.1的25公里單模光纖單