連續(xù)變量量子保密通信技術(shù)研究.pdf

1、量子保密通信是一門新興學(xué)科，它的出現(xiàn)改變了加密僅依賴數(shù)學(xué)與邏輯變換的傳統(tǒng)模式，開辟了物理密碼學(xué)的新思路。量子保密的巨大的應(yīng)用前景和商業(yè)價值，吸引了各國政府投入了大量資源與人力進(jìn)行研究。在量子保密通信發(fā)展過程中，連續(xù)變量量子保密技術(shù)出現(xiàn)較晚。但是由于該技術(shù)使用經(jīng)典光源作為信號源，具有實(shí)現(xiàn)成本低，信道容量大，密鑰生成率高等優(yōu)點(diǎn)，因此一面世就受到諸多關(guān)注。
　　本文研究目標(biāo)是解決連續(xù)變量量子保密通信中的關(guān)鍵技術(shù)，提出一些具有創(chuàng)新性和實(shí)用

2、性的調(diào)制和接收技術(shù)，并在解決關(guān)鍵技術(shù)問題的基礎(chǔ)上，完成實(shí)用化連續(xù)變量量子保密通信系統(tǒng)樣機(jī)的研制。
　　論文主要工作內(nèi)容有以下幾個方面:
　　1.設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了脈沖平衡零差檢測單元，并對檢測器進(jìn)行校準(zhǔn)和測試。經(jīng)測試，所實(shí)現(xiàn)的檢測器單元整體等效量子效率為52.6％，在參考光平均功率為-20dBm時，電噪聲比量子噪聲低17.517dB，共模增益抑制比(CMRR)為70dB，其共模增益、低噪性等指標(biāo)已超過國外同類報道。
　　2.

3、建議采用偏振分集接收解決偏振抖動對于光場正則分量檢測的影響，引入算符代數(shù)方法對所建議的方案進(jìn)行了理論分析。
　　3.搭建往返式連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)，改進(jìn)了傳統(tǒng)光路結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)雙相位二維高斯調(diào)制。該方法具有成本低，調(diào)制精度高，且偏振不敏感的特點(diǎn)。其強(qiáng)度調(diào)制動態(tài)消光比約為9.5dB，由調(diào)制引起的噪聲比量子噪聲低20dB。達(dá)到實(shí)驗(yàn)精度要求。通過實(shí)驗(yàn)，證明了連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)與經(jīng)典光通信波分復(fù)用的可行性，最終在系統(tǒng)時鐘100KHz，8

4、公里的通信距離上，實(shí)現(xiàn)～0.8kbps的密鑰分發(fā)速率。
　　4.搭建雙不等臂MZ干涉光路，實(shí)現(xiàn)單向連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)。系統(tǒng)最大安全通信距離約為27.2Km，最大密鑰分發(fā)速率近10Kbps，這是迄今報道最遠(yuǎn)的連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)。結(jié)合實(shí)驗(yàn)，研究了影響連續(xù)變量量子密鑰系統(tǒng)性能的幾個因素，包括損耗、噪聲與環(huán)境等。討論了實(shí)際系統(tǒng)中最優(yōu)調(diào)制方差與調(diào)制精度的選擇，并通過對信道的實(shí)時監(jiān)控，證明了系統(tǒng)的實(shí)際安全。
　　5.研究了連

5、續(xù)變量量子數(shù)據(jù)加密實(shí)際安全性。建立了高斯有損有噪信道中，光束分離攻擊下，協(xié)議的安全分析模型。根據(jù)信息論相關(guān)知識，分析了實(shí)際信道參數(shù)對其安全性的影響，推導(dǎo)了滿足實(shí)際安全的邊界條件并繪出數(shù)值曲線。結(jié)合實(shí)際系統(tǒng)中調(diào)制電路精度受限的特點(diǎn)，提出采用弱相干態(tài)代替經(jīng)典場來實(shí)現(xiàn)安全的量子數(shù)據(jù)流加密系統(tǒng)，且進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
　　6.在以上研究的成果基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個接近實(shí)用化的連續(xù)變量量子保密通信實(shí)驗(yàn)。該系統(tǒng)集成量子密鑰分發(fā)，量子數(shù)據(jù)加密和量