多用戶量子通信關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、自20世紀80年代第一個量子密鑰分發(fā)協(xié)議的提出至今，量子通信在理論研究和實踐應(yīng)用方面都取得了諸多重大突破。由于量子通信理論上具有無條件的安全性，越來越多的研究機構(gòu)開始關(guān)注和涉足量子通信的研究，甚至一些公司也開始市場化的開發(fā)量子通信設(shè)備和關(guān)鍵器件。量子通信網(wǎng)絡(luò)化將是量子通信發(fā)展的趨勢，量子通信網(wǎng)絡(luò)研究中同樣面臨許多期待解決的問題，其中也包括量子通信研究中的相關(guān)重點和難點問題。
　　 量子通信中的研究方向可以按通信環(huán)節(jié)分成三部分，分

2、別是發(fā)送端，接收端和信道。發(fā)送端主要的研究重點和難點是量子態(tài)的制備；接收端主要的研究重點是量子態(tài)的檢測；而信道主要的研究重點是模型建立和噪聲分析。本文結(jié)合量子通信網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)理論，對多用戶的量子信道、多用戶的信息承載量子態(tài)、多用戶量子檢測、多用戶量子密鑰分發(fā)協(xié)議和量子密鑰分發(fā)安全性進行研究。論文的主要創(chuàng)新性成果如下：
　　 1.建立了多用戶量子通信信道模型；提出了一種量子多用戶檢測方案；分析了多用戶密鑰分發(fā)中量子態(tài)的形式和特性，以

3、及實際量子信道的特性，并結(jié)合經(jīng)典多用戶檢測理論，研究了量子多用戶檢測的特點；提出了多用戶量子檢測方案，該方案通過觀測接收端不同測量基下單光子脈沖強度，由斯托克斯參數(shù)與邦加球上某點旋轉(zhuǎn)角度之間的關(guān)系得出偏振態(tài)偏轉(zhuǎn)角度，以一定通信時間內(nèi)的偏轉(zhuǎn)角度平均值調(diào)整測量算子，實現(xiàn)多用戶量子態(tài)檢測。通過對實際光纖量子信道的測量，驗證所提方法的有效性，同時證明該方案具有降低測量誤碼率的優(yōu)點。
　　 2.推導并建立了實際量子信道中多用戶檢測誤碼率公

4、式；提出了一種多用戶量子密鑰分發(fā)方案；分析了單用戶量子態(tài)的編碼方案，仿真比較了各種方案的優(yōu)勢與缺陷；研究了實際量子信道噪聲，聯(lián)系多用戶量子密鑰分發(fā)的具體情況，結(jié)合光場建模理論，提出了多用戶量子密鑰分發(fā)方案，該方案將光碼分多址系統(tǒng)中地址碼的概念與量子編碼理論相結(jié)合，對量子態(tài)進行偏振編碼組成隨機地址碼，以此來區(qū)分各對通信用戶，并對信息進行量子態(tài)相位編碼。仿真結(jié)果表明，該方案能夠較好地保證多對用戶進行量子密鑰分發(fā)，并且提高了實際密鑰分發(fā)過程的