量子密鑰分配的原理性實(shí)驗(yàn)及技術(shù)研究.pdf

1、信息安全關(guān)乎人們生活的方方面面。隨著金融、軍事等重要領(lǐng)域的信息化，它甚至關(guān)系到國家的安全。信息安全的基石是現(xiàn)代密碼體系。但基于數(shù)學(xué)計算復(fù)雜度的密碼受到能力與日俱增的計算機(jī)的持續(xù)威脅，尤其是被寄予厚望的量子計算機(jī)。“一次一密”作為唯一被嚴(yán)格證明是安全的密碼，可以在量子時代為信息保駕護(hù)航?！耙淮我幻堋钡拿荑€分配困難可以由量子密鑰分配解決，兩者的結(jié)合能提供無條件安全的通信。從1984年開始，量子密鑰分配歷經(jīng)三十余年的發(fā)展，在理論以及實(shí)驗(yàn)方面取

2、得了很大的成就，累積了非常多的經(jīng)驗(yàn)和成熟技術(shù)，被認(rèn)為是第一個可實(shí)用化并且實(shí)際上已經(jīng)接近實(shí)用化的量子信息技術(shù)。
　　本文總結(jié)了本人攻讀博士學(xué)位期間在量子密鑰分配實(shí)用化以及原理驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)方面做的主要工作:
　　1.光纖信道的偏振變化是影響量子密鑰分配性能的重要因素，但目前缺乏相應(yīng)的測量以及統(tǒng)計分析。為此，我們對一個廣域的埋地電信光纖網(wǎng)絡(luò)以及一段架空光纜的偏振變化進(jìn)行了長時間測量，對測量結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)的統(tǒng)計分析以及頻率分析，可為量

3、子通信的偏振補(bǔ)償提供重要參考。其中一根埋地光纖跨過了長江。被測架空光纜與超高壓直流輸電線并行架設(shè)，這是首次針對該類特殊環(huán)境的偏振測量。
　　2.搭建了基于光纖擠壓器的偏振快速恢復(fù)以及自動補(bǔ)償系統(tǒng)。光纖擠壓器以其較低的插入損耗而被廣泛應(yīng)用于量子密鑰分配系統(tǒng)。但它存在延遲范圍有限可調(diào)的缺陷，為此提出了一個新穎的約束方案。相比于重置等傳統(tǒng)方案，它具備簡單，易實(shí)現(xiàn)且無需校準(zhǔn)的優(yōu)點(diǎn)。結(jié)合該方案以及梯度算法，通過控制光纖擠壓器實(shí)現(xiàn)了10rad

4、/s量級的連續(xù)偏振跟蹤，處于同類偏振補(bǔ)償系統(tǒng)的最好水平。統(tǒng)計得到的偏振恢復(fù)時間可為量子密鑰分配的中斷式偏振補(bǔ)償提供重要參考。
　　3.首次演示了基于糾纏的能容忍信道損耗和噪聲的確定性量子密鑰分配實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)也是第一個在電信光纖上傳輸?shù)幕诩m纏的往返式(two-way)量子密鑰分配實(shí)驗(yàn)。
　　4.研究了相位獨(dú)立的弱相干態(tài)脈沖之間的干涉，該類干涉的可見度關(guān)系到測量設(shè)備無關(guān)量子密鑰分配協(xié)議的性能。基于量子光學(xué)對該類干涉進(jìn)行了詳細(xì)的