量子通信中的若干實驗研究.pdf

1、量子信息學(xué)是信息科學(xué)和量子力學(xué)相結(jié)合而形成的新興交叉學(xué)科。量子通信是量子信息學(xué)的一個重要分支，在提高運算速度，確保信息安全，增大信息容量和提高檢測精度等方面可以突破經(jīng)典信息系統(tǒng)的極限。 本文研究的內(nèi)容主要分為兩個部分，一部分為量子壓縮態(tài)光場的產(chǎn)生與探測實驗，另一部分為連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)實驗。 首先，介紹壓縮態(tài)光場的基本理論和進展?；诠鈭龅牧孔永碚?，推導(dǎo)了量子理論下光場的表示方法。從量子態(tài)光場中最基本的狀態(tài)——相干態(tài)出

2、發(fā)，研究了其量子噪聲起伏的特性，進而根據(jù)Heisenberg測不準關(guān)系，研究了壓縮態(tài)光場的特性，即光場的兩個正交分量中一個分量的測不準量低于測不準關(guān)系的極限值，另一個與之不對易的分量則高于極限值，但二者測不準量的乘積大于或等于測不準關(guān)系的極限值。即壓縮光場的一個分量的漲落被壓縮到真空漲落之下，而另一個與之共軛的分量的漲落高于真空漲落。最后，對壓縮態(tài)光場相關(guān)的理論、實驗研究進展進行了總結(jié)。 基于對壓縮態(tài)光場的理論研究，設(shè)計了一種產(chǎn)

3、生和探測光孤子振幅壓縮態(tài)的實驗方案。首先研究了光信號的探測理論，根據(jù)壓縮態(tài)光場的特性，設(shè)計了一種可以用于壓縮態(tài)光場探測實驗系統(tǒng)中的光電探測器。經(jīng)測量，光電探測器電路的3dB帶寬可達到10MHz，噪聲等效功率約為6pW/Hz1/2，飽和功率約為19mW，在帶寬、暗電流噪聲、動態(tài)范圍等方面都可以滿足量子壓縮態(tài)光場探測的要求。 研究了一種產(chǎn)生與探測壓縮態(tài)光場的實驗方案，利用具有高度不對稱分束比的光纖耦合器和不同長度、不同結(jié)構(gòu)的光纖構(gòu)成

4、Sagnac環(huán)，通過平衡零差探測系統(tǒng)探測，得到光場的噪聲低于散粒噪聲極限，獲得了最大程度近5dB的壓縮態(tài)光場。由于整個壓縮態(tài)產(chǎn)生的實驗裝置均為全光纖結(jié)構(gòu)，與在空氣中實現(xiàn)壓縮態(tài)的系統(tǒng)相比，更便于集成化和實用化。 最后，介紹了量子密鑰分發(fā)的基本原理，重點分析了用于量子密鑰分發(fā)的BB84協(xié)議。基于BB84協(xié)議，研究了一種連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)實驗系統(tǒng)。重點研究了用于實驗系統(tǒng)中測量部分的平衡零差探測系統(tǒng)。根據(jù)連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)實驗中，信