赵一甲:连续变量量子密钥分发在实际通信环境中的传输研究论文

赵一甲:连续变量量子密钥分发在实际通信环境中的传输研究论文

本文主要研究内容

作者赵一甲(2019)在《连续变量量子密钥分发在实际通信环境中的传输研究》一文中研究指出:量子密钥分发能够保证两个身处异地的合法通信者通过未知的信道生成安全密钥。其中,基于高斯调制相干态的连续变量量子密钥分发系统使用商用光纤通信器件实现,在可靠性和成本方面优势突出,还具有与经典光通信网络良好的兼容性,是近年来量子信息领域内的研究热点。当前,基于高斯调制相干态的连续变量量子密钥分发协议已经从理论上被证明无条件安全,实验系统也得到了广泛研究,不断向实际应用发展。连续变量量子密钥分发中的GG02协议使用易于制备的相干态作为光源,一经问世就受到广泛研究。从GG02协议提出至今,已经实现了实验室和实际商用系统中的连续变量量子密钥分发。在实验室环境中,一般不考虑长期稳定性、实际安全性以及信道传输过程中引入的噪声,因而实验室系统难以直接部署于商用光纤通信网络中。在实际通信环境中工作时,不仅需要系统能够对偏振漂移、相位噪声等变化因素进行实时补偿来保持系统性能长期稳定,还需要考虑由于现有器件、技术缺陷引入的实际安全性问题。更进一步,在今后的大规模应用中量子信号需要与经典信号在同一光纤中以波分复用的方式共同传输,因而必须考虑与经典信号在信道传输过程中引入的噪声。因此,现有的实验系统仍然存在实际安全性隐患,很难兼顾实际应用中安全密钥率、传输距离以及稳定性的要求,难以在实际通信环境中开展实际应用。本文针对连续变量量子密钥分发系统在实际通信环境中传输时遇到的问题展开研究,内容包括:1.分析并指出了连续变量量子密钥分发系统在波分复用网络中的经典光信号产生的主要噪声。根据实际通信环境中系统以及信道参数,通过理论计算和实验对比了自发拉曼散射和四波混频效应产生的过量噪声。结果表明,四波混频效会引入巨大过量噪声,导致系统无法生成安全密钥,需要在实际通信环境中尽量避免。进一步地,提出了实际通信环境中源于经典信号串扰产生的本振光功率波动,通过仿真和实验给出本振光波动的范围,并且计算了本振光波动存在时的安全密钥率。根据研究结果,提出了几种在经典光通信网络中部署连续变量系统时可以降低信道串扰的方法。2.指出了一种在实际通信环境中连续变量系统中的安全性问题,并给出了相应的防御措施。在实际通信环境中,量子信号在光纤中传输时偏振态会发生漂移,在探测端需要对偏振漂移进行补偿。为了提升系统运行效率,偏振补偿只对有限的脉冲进行测量,这就导致了窃听者有机会控制系统的散粒噪声方差。理论和实验都证实了窃听者能够通过对本振光偏振态进行方位角调制控制实际散粒噪声方差。窃听者使用偏振攻击可以使Alice和Bob高估安全密钥率,从而Alice和Bob生成的密钥不再安全。根据对攻击性能的分析,提出了在实际通信环境中保证系统安全性的方案。3.提出了一种适用于实际通信环境的参考信号制备方法,能够降低相位噪声估计误差同时提升系统频谱效率,从而提升系统的安全密钥率。稳定运行的连续变量量子密钥分发系统需要对相位噪声进行补偿,相位噪声补偿的精度受到参考信号形式、数目、信噪比的影响。提升参考信号数目可以减少系统中的残余相位噪声但是会降低频谱效率,从而导致最终安全密钥率的下降。通过我们给出的方法,可以实现对系统中残余相位噪声进行理论评估,并根据评估结果设计最适合当前系统、传输环境的参考信号。设计并实施实验证明了通过优化参考信号可以提升系统的安全密钥率。4.设计并构建了能够支持实际通信环境的连续变量量子密钥分发系统。结合实际工作环境以及上述研究成果,设计并研发多种自动控制模块并集成进系统中,使系统能够更加稳定高效地运行。基于这套系统开展了实际通信环境中的现场测量,分别在西安,广州不同的商用光纤网络中对系统进行了性能和稳定性测试。在50km(11dB)的商用光纤信道中实现了7.43kbps的高速密钥分发高于现有研究成果50倍以上,并且系统能够支持全天候连续稳定工作,进一步推动了连续变量量子密钥分发在实际通信环境中的应用。

Abstract

liang zi mi yao fen fa neng gou bao zheng liang ge shen chu yi de de ge fa tong xin zhe tong guo wei zhi de xin dao sheng cheng an quan mi yao 。ji zhong ,ji yu gao si diao zhi xiang gan tai de lian xu bian liang liang zi mi yao fen fa ji tong shi yong shang yong guang qian tong xin qi jian shi xian ,zai ke kao xing he cheng ben fang mian you shi tu chu ,hai ju you yu jing dian guang tong xin wang lao liang hao de jian rong xing ,shi jin nian lai liang zi xin xi ling yu nei de yan jiu re dian 。dang qian ,ji yu gao si diao zhi xiang gan tai de lian xu bian liang liang zi mi yao fen fa xie yi yi jing cong li lun shang bei zheng ming mo tiao jian an quan ,shi yan ji tong ye de dao le an fan yan jiu ,bu duan xiang shi ji ying yong fa zhan 。lian xu bian liang liang zi mi yao fen fa zhong de GG02xie yi shi yong yi yu zhi bei de xiang gan tai zuo wei guang yuan ,yi jing wen shi jiu shou dao an fan yan jiu 。cong GG02xie yi di chu zhi jin ,yi jing shi xian le shi yan shi he shi ji shang yong ji tong zhong de lian xu bian liang liang zi mi yao fen fa 。zai shi yan shi huan jing zhong ,yi ban bu kao lv chang ji wen ding xing 、shi ji an quan xing yi ji xin dao chuan shu guo cheng zhong yin ru de zao sheng ,yin er shi yan shi ji tong nan yi zhi jie bu shu yu shang yong guang qian tong xin wang lao zhong 。zai shi ji tong xin huan jing zhong gong zuo shi ,bu jin xu yao ji tong neng gou dui pian zhen piao yi 、xiang wei zao sheng deng bian hua yin su jin hang shi shi bu chang lai bao chi ji tong xing neng chang ji wen ding ,hai xu yao kao lv you yu xian you qi jian 、ji shu que xian yin ru de shi ji an quan xing wen ti 。geng jin yi bu ,zai jin hou de da gui mo ying yong zhong liang zi xin hao xu yao yu jing dian xin hao zai tong yi guang qian zhong yi bo fen fu yong de fang shi gong tong chuan shu ,yin er bi xu kao lv yu jing dian xin hao zai xin dao chuan shu guo cheng zhong yin ru de zao sheng 。yin ci ,xian you de shi yan ji tong reng ran cun zai shi ji an quan xing yin huan ,hen nan jian gu shi ji ying yong zhong an quan mi yao lv 、chuan shu ju li yi ji wen ding xing de yao qiu ,nan yi zai shi ji tong xin huan jing zhong kai zhan shi ji ying yong 。ben wen zhen dui lian xu bian liang liang zi mi yao fen fa ji tong zai shi ji tong xin huan jing zhong chuan shu shi yu dao de wen ti zhan kai yan jiu ,nei rong bao gua :1.fen xi bing zhi chu le lian xu bian liang liang zi mi yao fen fa ji tong zai bo fen fu yong wang lao zhong de jing dian guang xin hao chan sheng de zhu yao zao sheng 。gen ju shi ji tong xin huan jing zhong ji tong yi ji xin dao can shu ,tong guo li lun ji suan he shi yan dui bi le zi fa la man san she he si bo hun pin xiao ying chan sheng de guo liang zao sheng 。jie guo biao ming ,si bo hun pin xiao hui yin ru ju da guo liang zao sheng ,dao zhi ji tong mo fa sheng cheng an quan mi yao ,xu yao zai shi ji tong xin huan jing zhong jin liang bi mian 。jin yi bu de ,di chu le shi ji tong xin huan jing zhong yuan yu jing dian xin hao chuan rao chan sheng de ben zhen guang gong lv bo dong ,tong guo fang zhen he shi yan gei chu ben zhen guang bo dong de fan wei ,bing ju ji suan le ben zhen guang bo dong cun zai shi de an quan mi yao lv 。gen ju yan jiu jie guo ,di chu le ji chong zai jing dian guang tong xin wang lao zhong bu shu lian xu bian liang ji tong shi ke yi jiang di xin dao chuan rao de fang fa 。2.zhi chu le yi chong zai shi ji tong xin huan jing zhong lian xu bian liang ji tong zhong de an quan xing wen ti ,bing gei chu le xiang ying de fang yu cuo shi 。zai shi ji tong xin huan jing zhong ,liang zi xin hao zai guang qian zhong chuan shu shi pian zhen tai hui fa sheng piao yi ,zai tan ce duan xu yao dui pian zhen piao yi jin hang bu chang 。wei le di sheng ji tong yun hang xiao lv ,pian zhen bu chang zhi dui you xian de mai chong jin hang ce liang ,zhe jiu dao zhi le qie ting zhe you ji hui kong zhi ji tong de san li zao sheng fang cha 。li lun he shi yan dou zheng shi le qie ting zhe neng gou tong guo dui ben zhen guang pian zhen tai jin hang fang wei jiao diao zhi kong zhi shi ji san li zao sheng fang cha 。qie ting zhe shi yong pian zhen gong ji ke yi shi Alicehe Bobgao gu an quan mi yao lv ,cong er Alicehe Bobsheng cheng de mi yao bu zai an quan 。gen ju dui gong ji xing neng de fen xi ,di chu le zai shi ji tong xin huan jing zhong bao zheng ji tong an quan xing de fang an 。3.di chu le yi chong kuo yong yu shi ji tong xin huan jing de can kao xin hao zhi bei fang fa ,neng gou jiang di xiang wei zao sheng gu ji wu cha tong shi di sheng ji tong pin pu xiao lv ,cong er di sheng ji tong de an quan mi yao lv 。wen ding yun hang de lian xu bian liang liang zi mi yao fen fa ji tong xu yao dui xiang wei zao sheng jin hang bu chang ,xiang wei zao sheng bu chang de jing du shou dao can kao xin hao xing shi 、shu mu 、xin zao bi de ying xiang 。di sheng can kao xin hao shu mu ke yi jian shao ji tong zhong de can yu xiang wei zao sheng dan shi hui jiang di pin pu xiao lv ,cong er dao zhi zui zhong an quan mi yao lv de xia jiang 。tong guo wo men gei chu de fang fa ,ke yi shi xian dui ji tong zhong can yu xiang wei zao sheng jin hang li lun ping gu ,bing gen ju ping gu jie guo she ji zui kuo ge dang qian ji tong 、chuan shu huan jing de can kao xin hao 。she ji bing shi shi shi yan zheng ming le tong guo you hua can kao xin hao ke yi di sheng ji tong de an quan mi yao lv 。4.she ji bing gou jian le neng gou zhi chi shi ji tong xin huan jing de lian xu bian liang liang zi mi yao fen fa ji tong 。jie ge shi ji gong zuo huan jing yi ji shang shu yan jiu cheng guo ,she ji bing yan fa duo chong zi dong kong zhi mo kuai bing ji cheng jin ji tong zhong ,shi ji tong neng gou geng jia wen ding gao xiao de yun hang 。ji yu zhe tao ji tong kai zhan le shi ji tong xin huan jing zhong de xian chang ce liang ,fen bie zai xi an ,an zhou bu tong de shang yong guang qian wang lao zhong dui ji tong jin hang le xing neng he wen ding xing ce shi 。zai 50km(11dB)de shang yong guang qian xin dao zhong shi xian le 7.43kbpsde gao su mi yao fen fa gao yu xian you yan jiu cheng guo 50bei yi shang ,bing ju ji tong neng gou zhi chi quan tian hou lian xu wen ding gong zuo ,jin yi bu tui dong le lian xu bian liang liang zi mi yao fen fa zai shi ji tong xin huan jing zhong de ying yong 。

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  • 论文详细介绍

    论文作者分别是来自北京邮电大学的赵一甲,发表于刊物北京邮电大学2019-07-19论文,是一篇关于连续变量量子密钥分发论文,实际通信环境论文,实际安全性论文,相位噪声论文,现场测试论文,北京邮电大学2019-07-19论文的文章。本文可供学术参考使用,各位学者可以免费参考阅读下载,文章观点不代表本站观点,资料来自北京邮电大学2019-07-19论文网站,若本站收录的文献无意侵犯了您的著作版权,请联系我们删除。

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