基于团簇态的跨中心量子网络身份认证方案

利用连续两次量子隐形传态技术,提出了基于四粒子团簇态的跨中心量子网络身份认证方案,实现了分布式量子通信网络中对客户的身份认证。在该方案中,认证系统包括主服务器和客户端服务器,主服务器和客户端服务器之间通过共享四粒子团簇态为量子信道进行通信,客户所有的操作都在客户端服务器上进行,不直接与主服务器进行通信。身份认证全部由服务器根据量子力学原理进行,保证了认证方案的安全性。最后,对该方案进行了安全性分析。     

一种基于光子偏振旋转的量子身份认证方案

实际的量子密钥分发过程中,传输损耗和探测器的效率都直接影响密钥的产生效率。量子身份认证需要通信双方保证认证信息的完整性。针对以上问题,提出了一种基于光子偏振旋转的量子身份认证协议,利用对认证信息的重复编码解决传输损耗问题。考虑到协议的安全性,该协议在相邻的有效认证量子态间编入随机态。安全性分析表明该协议可成功抵御截取重发攻击以及光子数劈裂攻击。在此基础上,设计了现有技术条件下可操作的认证系统方案,考虑了传输损耗和探测效率,具有实用意义。     

基于身份认证的安全量子中继器网络编码方案

本文将量子一次一密通信方法引入到量子中继器网络中,提出了基于身份认证的安全量子中继器网络编码方案.针对编码过程中存在的主动攻击问题,用一次一密的方式实现任意相邻节点通信过程中的身份认证,优化编码算法,最终在源节点与目的节点间生成量子纠缠态作为信道,构成量子隐形传态网络.方案分析表明,这种方案可以实现高可靠性、高安全性的远程量子通信.     

单光子卫星量子通信噪声和干扰分析

卫星量子通信是建立全球量子通信网络的最佳选择之一。针对采用偏振编码的卫星量子通信中的偏振保持问题,研究了大气散射和卫星与地面站间相对运动等因素对量子偏振态相位和对准的影响以及相位延迟和对准误差对系统量子误码率的影响,分析了背景噪声和系统硬件噪声对通信产生的影响以及单光子通信过程中可能受到的光子分离攻击干扰,为量子信号认知设计提供借鉴意义。     

掺铒光纤放大器作为光学预放的高灵敏度零差相干接收机

星间高码率光通信系统中由于无法进行光学中继放大,需要高码率、高通信灵敏度的光学接收机。分析了采用掺铒光纤放大器(EDFA)作为光学预放的高灵敏度零差相干接收机方案,并搭建了零差相干通信系统,测试了系统在通信速率为8～10 Gbit/s下的二进制相移键控(BPSK)通信性能。实验表明,此系统在无编码误码率要求为10~(-3)时,10 Gbit/s BPSK通信信号接收灵敏度约为-48 dBm,距离量子噪声极限仅7 dB,优于已发表的10 Gbit/s零差相干通信系统测试结果。     

卫星量子通信中退极化信道补偿算法

针对卫星量子通信中的偏振保持问题,研究了大气 散射、大气湍流 以及卫星与地面站间相对运动对量子偏振态的影响。提出了一种采用量子同步修正比特存储 信道偏振 影响,而后对数据比特进行修正变换的偏振补偿算法。仿真对比了补偿前后系统量子误码率 (QBER),补偿后 系统量子QBER可低至0.7%,表明本文方案具有较 好的偏振补偿效果,可实现安全有效的卫星量子通信,且无需对系统增加任何附加设备。     

太赫兹偏振保持亚波长波导链路功率预算分析

为了探究太赫兹偏振保持波导在太赫兹通信系统链路中对传输信号的影响,本工作提出波导链路功率预算模型,研究了偏振保持亚波长介质波导的性能参数(长度、损耗、色散和双折射)对太赫兹幅移键控(amplitude shift keying,ASK)调制系统通信性能的影响,计算了不同发射功率、波导长度、调制信号特征时间宽度、调制信号周期时,两个正交偏振态信号的接收功率、信号与干扰加噪声比(signal-to-interference-plus-noise ratio,SINR)和相干、非相干解调误码率(bit error rate,BER)。研究结果显示,通过合理设计波导结构,该系统可实现高速(3.33 Gbit/s)、低BRE(低于前向纠错极限10-3)通信。本工作揭示了太赫兹亚波长波导长度、损耗、群速度色散(group velocity disper- sion,GVD)和双折射对通信性能的影响机制,对研发基于太赫兹波导链路的宽带通信系统具有积极意义。     

卫星量子通信的光子偏振误差影响与补偿研究

针对采用偏振编码的卫星量子通信中的偏振保持问题,研究了大气散射和卫星与地面站间相对运动对量子偏振态相位和对准的具体影响。仿真分析了量子偏振态相位延迟和对准误差对系统量子误码率影响,提出了一种新的BB84协议与半波片旋转相结合的偏振补偿方案。该方案通过对准提前量补偿的加入弥补原有补偿方案补偿过程中不能进行通信的缺陷,可基本实现零角度偏振误差,保证卫星量子通信的安全可靠性,且因该方案仅需在原有系统上添加一个半波片,易于实现。     

基于BP神经网络的经典-量子信号共纤同传系统参数预测

光纤量子密钥分发的应用推广取决于与现有光网络的兼容性,而利用波分复用技术将经典数据和量子信号进行共纤传输兼备安全性、经济性和实用性等优势。针对经典-量子信号共纤同传系统中信号态平均光子数、诱骗态种类数量等参数最优取值处理困难、运行速度缓慢等影响其实用化的突出问题,建模分析了主要噪声成分,并在考虑统计波动影响下对有限长效应和诱骗态方法进行了评估。进而利用原始信号数据集对反向传播(BP)神经网络进行训练,以实现不同信道噪声条件下的信号态平均光子数等系统参数的预测。结果表明,该网络输出的预测平均光子数取值与原始曲线取值结果基本一致,训练误差小于10^-3。该网络可作为一种有效模型用于实用化诱骗态经典-量子共纤同传系统参数预测,对量子保密通信向着高速率、大容量、智能化发展具有潜在的应用价值。     

QKD系统中基于EA电路的诱骗态实现

使用诱骗态量子秘钥方案可以解决因光子数分离攻击而导致的安全漏洞,保证了长距离量子通信的安全。本文介绍了量子通信的相关原理,通过对电吸收调制电路和激光器驱动电路的设计,精确控制产生了1550 nm波段的窄脉冲,经过内部调制成功制备诱骗态光脉冲,其强度约为信号态光脉冲的三分之一,因激光器的同一性而具有一致的光学特征从而避免了时频窃听,并具有强度可调的优点。     

利用Bell态实现量子隐形传态

量子隐形传态不仅在物理学领域对人们认识与揭示自然界的神秘规律具有重要意义，而且可以用量子态作为信息载体，通过量子态的传送完成大容量信息的传输，实现原则上不可破译的量子保密通信。文章从信息论的角度描述了量子比特、量子纠缠态，如何利用量子线路实现Bell态，提出了一种利用Bell态实现隐形传态的简单结构的量子线路，证明该量子线路是可行的，为进一步研究量子密码通信奠定了基础。     

激光脉冲驱动下双腔耦合系统的动力学特性

在外加激光控制下,研究了含有两能级量子比特的双腔耦合系统的动力学行为.基于系统的相互作用哈密顿量,得出了系统量子态激发概率的解析解.通过数值模拟讨论了3种特定情况下系统的动力学特性:外加脉冲与腔场发生近共振、比特与腔模大失谐条件下,腔模的最大激发概率小于0.07,腔模处于非激发状态,比特的激发概率出现瞬时衰减;比特与腔模强耦合条件下,腔模的激发概率近似0.5,腔模处于半激发状态,比特的激发概率出现高频振荡;腔场之间大跳跃条件下,腔模的最大激发概率小于0.07,腔模处于非激发状态,比特的激发概率出现高频振荡.     

预报单光子源下的经典-量子信息共信道同传系统研究

分析了密集波分复用下的经典-量子信息共信道同传系统噪声特性,提出基于预报单光子源的经典-量子信息共信道同传方案。与传统的弱相干光源相比,其可以更精确控制APD探测门限,进而实现时域滤波减少信道噪声干扰;并且可以通过控制探测器开启时间,有效避免空光子发送时的信道噪声及探测器暗计数影响。仿真结果表明,本方案提出的同传系统可有效抑制噪声干扰,与弱相干光源方案相比于更远距离达到误码率阈值,提升了安全通信距离,可作为远距离量子密钥通信共信道同传参考方案。     

基于LDPC码的相干光通信QNSC系统方案

针对光网络物理层安全通信问题,提出了基于低密度奇偶校验(LDPC)码的相干通信量子噪声流加密(QNSC)系统方案,将码率为9/10的LDPC码和离散傅里叶变换正交频分复用(DFT-0FDM)技术应用在系统方案中,最后对该方案进行了实验验证.实验结果表明:经过传输跨距为40 km、80 km,120 km和160 km的...     

Theoretical analysis on polarization deviation and switch windowoptimization in nonlinear optical loop mirror demultiplexer

This paper investigates theoretically two of the dominant issues on a nonlinear optical loop mirror (NOLM) demultiplexer: the sensibility to the polarization deviation between signal and control pulses and the optimization of the switch window width. The complete nonlinear Schrodinger equations concerning the different states of polarization between signal and control lights are firstly established to study the impact of the polarization deviation on the demultiplexed signal. Considering simultaneously the channel crosstalk and the timing jitter between signal and control pulses, the switch window width of NOLM is optimized to achieve the best demultiplexing performance. The theoretical analysis shows that the polarization deviation has to be controlled less than 20° within the bit error rate (BER) of 10^-9 s. The optimal amount of the pulse walkoff is a little less than half of the slot width of the OTDM system     

四态偏振编码解码QKD系统的实验研究

采用一个激光器通过偏振调制器快速偏振编码实现密钥分配,同时用矩阵分析的方法对系统原理进行了理论分析.指出用相位-偏振调制器可以对四种非正交偏振态光子进行编码和解码.在实验室内完成了30 km光纤保密通信,误码率<6%.实验表明该系统可用一个激光器快速编码解码实现密钥分配,具有很高的实用价值.     

采用NPRO光源的零差相干光通信实验

在空间相干光通信应用中,针对传统激光器线宽较宽、相位噪声大、易导致锁相环路失锁的问题,研制了单频Nd:YAG非平面环形（NPRO）激光器,其线宽小于1 kHz,相对强度噪声（RIN）低于-150 dB/Hz,具有窄线宽、低噪声的特点。搭建了光锁相环路,在信号光功率-67 dBm的情况下实现了两台NPRO激光器的相位锁定。在此基础上开展了信号频率为10 MHz和1.25 GHz的模拟通信实验,在信号光功率分别为-60 dBm和-53 dBm时可观测到较理想的眼图。在2.5 Gbps数字通信实验中,接收灵敏度达到-50 dBm,此时误码率为3.210-6。系统灵敏度可接近量子极限,明显优于传统的IM/DD方式,是一种适合长距离、大容量传输的空间通信方式。     

大气传播特性对量子密钥分发性能的影响研究

根据电磁波传播与散射理论,考虑衰减和去极化效应等因素,建立了地空极化编码单光子源的传播模型,研究了空气衰减和天顶角与密钥生成速率间的关系,并建立了交叉极化分辨率和系统误码间的关系式;分析并仿真了大气环境对量子密钥分发的影响;结果表明:大气衰减对量子密钥分发系统每秒密钥生成数的影响较大;降雨条件下引起的去极化效应则会造成量子误码率增加.     

A short wavelength GigaHertz clocked fiber-optic quantum key distribution system

A quantum key distribution (QKD) system has been developed, using a standard telecommunications optical fiber, which is capable of operating at clock rates of greater than 1 GHz. The QKD system implements a polarization encoded version of the B92 protocol. The system employs vertical-cavity surface-emitting lasers with emission wavelengths of 850 nm as weak coherent light sources, and silicon single photon avalanche diodes as the single photon detectors. A distributed feedback laser of emission wavelength 1.3 /spl mu/m, and a linear gain germanium avalanche photodiode was used to optically synchronize individual photons over the standard telecommunications fiber. The QKD system exhibited a quantum bit error rate (QBER) of 1.4%, and an estimated net bit rate (NBR) greater than 100 000 bits/sup -1/ for a 4.2-km transmission range. For a 10-km fiber range, a QBER of 2.1%, and an estimated NBR of greater than 7000 bits/sup -1/ was achieved.