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行研究。 它是一門新興學(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。
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,具有實現(xiàn)成本低,信道容量大,密鑰生成率高等優(yōu)點,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)新性和實用性的調(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,完成實用化連續(xù)變量量子保密通信系統(tǒng)樣機的研制。
主要工作內(nèi)容有以下幾個方面：
1.設(shè)計并實現(xiàn)了脈沖平衡零差檢測單元,并對檢測器進行校準(zhǔn)和測試。經(jīng)測試,所實現(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.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),改進了傳統(tǒng)光路結(jié)構(gòu),實現(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。其強度調(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。達到實驗精度要求。通過實驗,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,zui終在系統(tǒng)時鐘100KHz,8公里的通信距離上,實現(xiàn)-0.8kbps的密鑰分發(fā)速率。
4.搭建雙不等臂MZ干涉光路,實現(xiàn)單向連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)。系統(tǒng)zui大安全通信距離約為27.2Km,zui大密鑰分發(fā)速率近10Kbps,這是迄今報道zui遠的連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)。結(jié)合實驗,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。
討論了實際系統(tǒng)中*調(diào)制方差與調(diào)制精度的選擇,并通過對信道的實時監(jiān)控,證明了系統(tǒng)的實際安全。
5.研究了連續(xù)變量量子數(shù)據(jù)加密實際安全性。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,分析了實際信道參數(shù)對其安全性的影響,推導(dǎo)了滿足實際安全的邊界條件并繪出數(shù)值曲線。
結(jié)合實際系統(tǒng)中調(diào)制電路精度受限的特點,提出采用弱相干態(tài)代替經(jīng)典場來實現(xiàn)安全的量子數(shù)據(jù)流加密系統(tǒng),且進行了實驗驗證。
6.在以上研究的成果基礎(chǔ)上,設(shè)計并實現(xiàn)了一個接近實用化的連續(xù)變量量子保密通信實驗。該系統(tǒng)集成量子密鑰分發(fā),量子數(shù)據(jù)加密和量子身份認(rèn)證三大功能,可以支持圖像、文本和實時語音加密傳輸。
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