自动补偿高效的差分相位编码QKD系统

提出一种自动补偿高效实用的改进型差分相位编码量子密钥分发方案.在Alice端采用偏振型强度调制器对连续激光进行调制，产生任意个相干脉冲进行差分相位调制编码；在Bob端采用双FM干涉仪代替传统的M-Z干涉仪，自动补偿了环境引起的偏振抖动，提高了系统的干涉稳定度.简化了系统的结构，提高了密钥生成效率，增强了系统的安全性.在实验上实现了稳定的80km量子密钥分配，误码率<4%. 关键词： 量子保密通信 量子密钥分发 差分相位编码 偏振型强度调制器     

时间和相位混合编码的量子密钥分发方案

提出了一种在双马赫-曾德尔干涉仪量子保密通信系统上同时实现时间编码和相位编码的混合量子密钥分发方案.提出的方案将原来相位编码方案中丢弃的脉冲进行时间编码,因此成码率是原方案的二倍.系统同时获得时间编码密钥和相位编码密钥,既可以一组用于通信,另一组用于监视窃听,又可以将两组密钥组合成新密钥.系统具有良好的应用前景. 关键词： 量子保密通信 量子密钥分发 相位编码 时间编码     

高稳定的差分相位编码量子密钥分发系统

在差分法基础上提出了一种改进的差分相位编码量子密钥分发(QKD)方案.Alice采用脉冲激光光源,通过两个串联光纤延迟环产生四个均匀的相干脉冲，并对脉冲进行差分调制，补偿了传输过程中环境对偏振的扰动.Bob采用双FM干涉仪,在窄脉冲门控模式下进行单光子探测.单程传输避免了木马攻击，增强了方案的安全性.实验结果表明，系统可以长期稳定运转(大于24h)，误码率为3％.改进的系统具有高效、稳定、低成本的优点，实施方便，有很好的实用价值. 关键词： 量子保密通信 量子密钥分发 差分相位编码     

基于量子隐形传态的量子保密通信方案

量子保密通信包括量子密钥分发、量子安全直接通信和量子秘密共享等主要形式.在量子密钥分发和秘密共享中,传输的是随机数而不是信息,要再经过一次经典通信才能完成信息的传输.在量子信道直接传输信息的量子通信形式是量子安全直接通信.基于量子隐形传态的量子通信(简称量子隐形传态通信)是否属于量子安全直接通信尚需解释.构造了一个量子隐形传态通信方案,给出了具体的操作步骤.与一般的量子隐形传态不同,量子隐形传态通信所传输的量子态是计算基矢态,大大简化了贝尔基测量和单粒子操作.分析结果表明,量子隐形传态通信等价于包含了全用型量子密钥分发和经典通信的复合过程,不是量子安全直接通信,其传输受到中间介质和距离的影响,所以不比量子密钥分发更有优势.将该方案与量子密钥分发、量子安全直接通信和经典一次性便笺密码方案进行对比,通过几个通信参数的比较给出各个方案的特点,还特别讨论了各方案在空间量子通信方面的特点.     

相位调制量子密钥分配系统中低频振动相移的实时跟踪补偿

环境变化引起的相位漂移是双Mach-Zehnder量子密钥分配系统中误码和不稳定性的主要来源.相位漂移由高频振动和低频振动两部分组成，大部分这类振动的影响采用隔振措施(如用泡沫、橡皮包垫隔音)可以消除，而周期为3±0.32 min的低频振动依然存在.报道了对这种低频固有振动引起的相移进行实时跟踪和补偿的方法.实验表明，采用这种方法实验室内实现75 km量子密钥分配和量子保密通信，在24 h内能长期稳定运行，误码率低于6%. 关键词： 量子保密通信 量子密钥分配 低频振动 实时相位补偿     

基于泊松分布单光子源的量子误码率的分析

在自由空间量子密钥分配中,单光子源采用具有泊松分布的高度衰减激光脉冲,量子密码术协议采用BB84和B92协议。通过引入量子信道传输率、单光子捕获概率、测量因子和数据筛选因子,建立了量子误码率理论模型,给出了量子误码率的表达式。对于自由空间量子信道,引起量子误码率的主要因素是光学元件、探测器暗噪声和空间光学环境,并对这些因素进行了分析。针对低轨卫星_地面站间链路,进行了量子误码率的数值仿真研究。结果表明,在低轨卫星_地面站间进行量子密钥分配是可行的,限制自由空间量子密钥分配链路距离的主要因素是探测器暗噪声和空间光学环境。     

基于稳定子码的在噪声信道的量子安全直接通信方案研究

量子安全直接通信是继量子密钥分配后,量子通信领域又一重要的研究领域,它要求通信双方在预先不需要建立共享密钥的情况下就可以实现消息的保密传输。不同于属于非确定通信的量子密钥分配,量子直接通信受信道噪声的影响更大,需要更好的检错纠错能力。本文根据稳定子码纠错理论和GHZ三态纠缠粒子的特性提出了一套基于稳定子码理论的量子直接通信方案,使其在保持无条件安全性的基础上可以对单量子的相位和比特错误进行纠错检错,大大降低了信道的整个通信过程的量子比特错误率。     

量子密钥分配系统中的通信速率和误码率

基于通信速率和误码率在量子保密通信研究中的重要性, 采用1.55 μm上转换单光子探测器, 分析其量子效率随抽运功率的变化关系, 得出1.55 μm上转换单光子探测器较传统的铟镓砷二极管具有较高的量子效率和较低暗计数的优势, 并根据通信距离、上转换单光子探测器的量子效率和暗计数之间建立一种平衡, 得出每种距离上探测器的优化方案; 在考虑个体攻击无量子记忆的条件下, 比较BB84协议, BBM92协议和差分相移协议的量子密钥分配(QKD)系统的安全通信速率和误码率随通信距离的变化关系, 得出了差分相移键控协议的量子密钥分配系统是一个非常实用的, 通信距离大于200 km的很有吸引力的长距离量子密钥分配系统。     

湍流大气对量子密钥分布系统性能的影响

自由空间量子密钥分布系统是全球性量子保密通信的关键组成部分之一。因此研究湍流大气信道对量子密钥分布系统性能的影响就非常重要。使用光束近场传播和统计分析的方法定量分析了湍流大气信道对基于BB84协议的自由空间量子密钥分布系统的误码率的影响。数值计算结果表明,大气衰减系数超过-3dB/km时,大气衰减对量子密钥分布系统的误码率影响很大;在大气传输因子小于0.5的区域,系统误码率比无湍流影响时的系统误码率高出一个数量级。     

相位调制自由空间量子密钥分配

通过一组正对的望远镜耦合，采用以不等臂Mach-Zehnder干涉仪为基础的相位编码方式，成功地实现了实验室内12m距离的自由空间量子密钥分配. 实验表明这样的系统工作稳定可靠，与偏振编码一样，相位编码也可用于自由空间的量子密钥分配. 关键词： 不等臂Mach-Zehnder干涉仪 量子密钥     

Noise-assisted binary information transmission in vertical cavity surface emitting lasers

The response of a polarization-bistable vertical cavity surface emitting laser to a small amplitude, pseudorandom binary signal is experimentally studied. A high-contrast output is obtained when the optimum amount of noise is added to the system. The quality of the transmission, measured by the bit-error rate, exhibits a resonantlike behavior as a function of the input noise. We analyze possible applications of this transmission scheme to optical communications and compare it with those used in a standard amplitude modulation scheme.     

Role of interaction in causing errors in optical soliton transmission

We consider two solitons propagating under a filter-control scheme and describe the timing jitter that is caused by spontaneous-emission noise and enhanced by attraction between solitons. We find the bit-error rate as a function of system parameters (filtering and noise level), timing, initial distance, and the phase difference between solitons.     

Suppressing laser phase noise in an optomechanical system

We propose a scheme to suppress the laser phase noise without increasing the optomechanical single-photon coupling strength.In the scheme,the parametric amplification terms,created by Kerr and Duffing nonlinearities,can restrain laser phase noise and strengthen the effective optomechanical coupling,respectively.Interestingly,decreasing laser phase noise leads to increasing thermal noise,which is inhibited by bringing in a broadband-squeezed vacuum environment.To reflect the superiority of the scheme,we simulate quantum memory and stationary optomechanical entanglement as examples,and the corresponding numerical results demonstrate that the laser phase noise is extremely suppressed.Our method can pave the way for studying other quantum phenomena.     

基于成像光通信的时间-空间扩频混合光码分多址编码方案

为了在成像光通信中充分利用时间和空间两种频带资源,以成像光通信为基础,提出一种利用二维光正交Pattern码结合时域扩频实现光码分多址(OCDMA)编码的新方案。分析在该方案中存在的多址干扰噪声,并给出了噪声的概率密度函数,然后讨论由多址噪声引起的误码率与判决门限、用户数、码长积和码重积之间的关系。在相同的码容量下与时域扩频光码分多址编码和空间扩频光码分多址编码方案相比,该方案能降低对相关器件性能(时域码片数量和空间像素规模)的要求,而且还可获得更小的误码率。最后给出编码解码的光学实现方案。     

Limits to the sensitivity of a low noise compact atomic gravimeter

A detailed analysis of the most relevant sources of phase noise in an atomic interferometer is carried out, both theoretically and experimentally. Even a short interrogation time of 100 ms allows our cold atom gravimeter to reach an excellent short term sensitivity to acceleration of 1.4×10^-8g at 1 s. This result relies on the combination of a low phase noise laser system, efficient detection scheme and good shielding from vibrations. In particular, we describe a simple and robust technique of vibration compensation, which is based on correcting the interferometer signal by using the ac acceleration signal measured by a low noise seismometer. PACS  32.80.Pj; 42.50.Vk; 39.20.+q     

利用绝热过程实现远距离量子纠缠

提出利用绝热过程实现远距离量子纠缠的方案.Λ型原子和经典场、单模腔场发生相互作用,系统的绝热演化在暗态中进行.利用这种绝热演化进行远距离原子、腔场纠缠,可有效地抑制原子的自发辐射噪声.     

Colored noise in a two-dimensional nonlinear system

A two-dimensional decoupling theory is developed when colored noise is included in a nonlinear dynamical system. By a functional analysis, the colored noise is transformed to an effective noise that includes the noise correlation time, the mean dynamical variable, and the original noise strength. When the two-dimensional decoupling theory is applied to single-mode and two-mode dye laser systems, the mean, variance, and effective eigenvalue of laser intensity are calculated. Excellent agreement between theoretical analysis, numerical simulations, and experimental measurements are obtained. It is seen that the increase of noise correlation time can reduce the fluctuations in the laser system. It is also shown that there is relatively large fluctuation in the phase when the laser undergoes from thermal light to coherent light when the theory is applied to a single mode dye laser. Received 20 August 2001 and Received in final form 4 December 2001     

All-optical 40 Gbits/s packet regeneration by means of cross-gain compression in a semiconductor optical amplifier

We experimentally demonstrate all-optical reshaping of 40 Gbits/s packets by using cross-gain compression in a semiconductor optical amplifier (SOA). This scheme, which is based on cross-saturation effects between two conjugate signals copropagating in a single SOA, is wavelength preserving and polarization independent and does not suffer from any transient effect at packet edges. We report evidence of noise redistribution and packet reshaping by means of the bit-error rate versus threshold measurements for different input optical signal-to-noise ratios.