连续变量及离散变量混合型量子保密通信研究

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信息安全,一个现代社会的研究课题,基于信息安全,诞生了一门新兴的学科:量子保密通信,它的出现为密码学科和通信学科带来新的活力,它的出现改变了仅依赖数学与逻辑变换的传统模式的加密方式,开辟了基于物理机制的密码学的新思路和新方法,并且基于物理特性的无条件安全性给它带来了无可比拟的优势。从未来社会发展趋势来看,无论在人们的通信生活中,还是国家的军事领域中,量子保密通信都有着巨大的应用前景和商业价值。在量子保密通信领域,量子密钥分发技术最受欢迎。量子密钥分发技术可以分为两种:一种为离散变量量子密钥分发技术,另一种为连续变量量子密钥分发技术。作为最早被发现和研究的离散变量量子密钥分发技术,目前为止,已取得了非常显著的成果。慢慢的,随着人们对量子保密通信技术的逐步研究,连续变量量子密钥分发技术进入了人们的视野中。由于相干态容易制备,连续变量量子密钥分发技术,凭借着此先天性显著的优势迎头赶上,截止现在,也取得了显著的成果。随着量子密钥分发技术在实际应用中的普及,就不可避免的必须研究基于连续变量量子信号、离散变量量子信号和经典光信号的混合型通信,这样不但可以节约成本,而且可以降低通信网络系统的复杂性,并且,此研究将为后期网络的兼容性合并打一个前站。本文围绕基于连续变量量子信号、离散变量量子信号的混合型量子保密通信网络系统结构,实验探究离散变量、连续变量和经典光通信之间的相互影响,主要完成以下几个方面的工作:1、设计并完成一套离散变量量子分发的光路系统,该光路系统全光纤设计,采用单模光纤。本文对DVQKD光路设计进行了详细的阐述,包括设计原理和器件的结构。随后本文介绍了该系统的控制电路,以及对光路系统中涉及到的器件的关键参数进行了实验测定,并对光路系统的整体性能进行了评估。2、基于连续变量、离散变量以及经典光通信系统设计了一个混合型量子通信网络模型。本文首先构建了一个混合型量子通信的网络系统方案,该方案使用波分复用技术,将三路相互独立的连续变量、离散变量以及经典光信号,复合到同一根光纤中,在光纤通道中进行并行传输。系统地分析了多路信号的产生、调制,且基于高斯调制和BB84协议详细地分析介绍了该理论模型。3、基于混合型量子保密通信网络模型,通过实验研究了混合型量子保密通信之间的相互影响。首先通过实验探究了连续变量和离散变量量子保密通信之间的影响;随后,探究了经典光信号对连续变量和离散变量量子保密系统的影响。实验中衡量有无影响的参数是:离散变量密钥分发系统的误码率(QBER),连续变量量子密钥分发系统的相对平均误码率,通过这两个参数是否改变来反映有无影响。单独的离散变量量子保密通信系统,连续变量信号和离散变量量子保密通信系统混合传输,经典光信号和离散变量量子保密通信系统混合传输,如果上述三种情况下,我们得到了相同的误码率的值,证明离散变量量子保密系统不会受连续变量信号或者经典光信号的影响。否则,反之;单独的连续变量量子保密通信系统传输、连续变量量子系统和离散变量信号混合传输以及连续变量量子系统和经典光信号混合传输。如果,相同的相对误码率产生,那么证明连续变量量子系统不受离散变量信号或者经典光信号的影响,如果得到不同的实验结果,那么证明连续变量量子系统会受到离散变量信号或者经典光信号的传输。
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