量子通信中的若干實(shí)驗(yàn)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(gè)重要分支，在提高運(yùn)算速度，確保信息安全，增大信息容量和提高檢測(cè)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(gè)部分，一部分為量子壓縮態(tài)光場(chǎng)的產(chǎn)生與探測(cè)實(shí)驗(yàn)，另一部分為連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)。 首先，介紹壓縮態(tài)光場(chǎng)的基本理論和進(jìn)展?；诠鈭?chǎng)的量子理論，推導(dǎo)了量子理論下光場(chǎng)的表示方法。從量子態(tài)光場(chǎng)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(jìn)而根據(jù)Heisenberg測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系，研究了壓縮態(tài)光場(chǎng)的特性，即光場(chǎng)的兩個(gè)正交分量中一個(gè)分量的測(cè)不準(zhǔn)量低于測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系的極限值，另一個(gè)與之不對(duì)易的分量則高于極限值，但二者測(cè)不準(zhǔn)量的乘積大于或等于測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系的極限值。即壓縮光場(chǎng)的一個(gè)分量的漲落被壓縮到真空漲落之下，而另一個(gè)與之共軛的分量的漲落高于真空漲落。最后，對(duì)壓縮態(tài)光場(chǎng)相關(guān)的理論、實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)展進(jìn)行了總結(jié)。 基于對(duì)壓縮態(tài)光場(chǎng)的理論研究，設(shè)計(jì)了一種產(chǎn)

3、生和探測(cè)光孤子振幅壓縮態(tài)的實(shí)驗(yàn)方案。首先研究了光信號(hào)的探測(cè)理論，根據(jù)壓縮態(tài)光場(chǎng)的特性，設(shè)計(jì)了一種可以用于壓縮態(tài)光場(chǎng)探測(cè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的光電探測(cè)器。經(jīng)測(cè)量，光電探測(cè)器電路的3dB帶寬可達(dá)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(dòng)態(tài)范圍等方面都可以滿足量子壓縮態(tài)光場(chǎng)探測(cè)的要求。 研究了一種產(chǎn)生與探測(cè)壓縮態(tài)光場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)方案，利用具有高度不對(duì)稱分束比的光纖耦合器和不同長(zhǎng)度、不同結(jié)構(gòu)的光纖構(gòu)成

4、Sagnac環(huán)，通過(guò)平衡零差探測(cè)系統(tǒng)探測(cè)，得到光場(chǎng)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(chǎng)。由于整個(gè)壓縮態(tài)產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)裝置均為全光纖結(jié)構(gòu)，與在空氣中實(shí)現(xiàn)壓縮態(tài)的系統(tǒng)相比，更便于集成化和實(shí)用化。 最后，介紹了量子密鑰分發(fā)的基本原理，重點(diǎn)分析了用于量子密鑰分發(fā)的BB84協(xié)議?；贐B84協(xié)議，研究了一種連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。重點(diǎn)研究了用于實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中測(cè)量部分的平衡零差探測(cè)系統(tǒng)。根據(jù)連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)中，信