基于袋鼠纠缠跳跃模型的量子状态自适应跳变通信策略

自由空间中的量子通信会不同程度上受到雾霾、沙尘等自然环境的干扰.为了研究提升此类干扰下量子通信的性能,本文分析了背景干扰下单量子态信道随时间演化的性能变化,并根据袋鼠纠缠跳跃模型(KEHM),提出了基于KEHM的量子状态自适应跳变通信策略,对其性能参数进行仿真.仿真结果表明,采取量子状态跳变,在背景量子噪声的平均功率与量子信号平均功率的比值为5的情况下,量子误比特率随着量子态跳频率从1增大到15,由0.4524降低到0.1116;当单量子态传输成功率0.95,量子比特率大于200 qubit/s时,不同态跳频率下量子比特的成功传输概率均大于0.97.当发送端信号源平均量子数足够大且接收端接收效率趋近于1时,量子态的通过率也趋近于1;采取量子态跳自适应控制策略,能够进一步降低系统的误码率.     

PM2.5大气污染对自由空间量子通信性能的影响

近年来, PM2.5大气污染日益严重, 不仅影响空气质量与大气能见度, 而且还会对自由空间量子光信号的传输造成影响. 然而, 有关PM2.5与自由空间量子通信信道参数关系的研究, 迄今尚未展开. 本文根据PM2.5粒度谱分布函数及其化学成分的消光份额, 提出了PM2.5指数、大气湿度与自由空间量子信道衰减的关系; 针对幅值阻尼信道和退极化信道, 分别建立了PM2.5污染程度与信道容量、信道平均保真度、信道误码率的定量关系. 仿真结果表明, 当大气湿度为30%, PM2.5指数分别为50和300时, 自由空间量子通信信道容量、信道平均保真度、信道误码率分别依次为0.83和0.21, 0.91和0.56, 0.0048和0.0192. 由此可见, PM2.5污染程度对自由空间量子通信性能有显著的影响. 因此, 为了提高自由空间量子通信的可靠性, 应根据PM2.5大气污染状况, 自适应调整系统的各项参数.     

雾对自由空间量子通信性能的影响

为了研究雾对自由空间量子通信的影响,根据雾滴谱分布函数和消光系数,研究了雾的能见度及传输距离对链路衰减、量子通信信道容量、信道保真度及信道误码率的影响,并进行了仿真实验。结果表明,当传输距离为9 km,能见度分别为0.2 km和0.6 km时,对应的链路衰减,信道容量,信道保真度,信道误码率分别为0.76和0.25,0.24和0.4,0.91和0.97,0.01和3.26×10~(-7)。由此可见,能见度小于1 km时,雾对各项性能影响较为显著。因此,应根据雾的能见度来调整通信系统的各项参数以保证通信的顺利进行。     

有噪量子信道生存函数研究及其仿真

为了构建高生存性的量子信令网, 基于保真度概念, 提出量子信道生存函数和信令网生存性的概念. 分析光纤和自由空间生存系数, 计算三种消相干机理下有噪量子信道保真度, 给出生存函数测试模型. 仿真分析表明, 通过降低量子态跃迁率, 控制光纤衰减损耗和大气衰减系数, 减小量子态演化时间, 设置量子中继, 可以建立高生存性量子信道, 为量子纠缠信令网标准的制定提供理论基础. 关键词： 量子通信 量子信令网 保真度 生存函数     

近地面大气湍流对自由空间量子通信性能的影响

为了研究近地面大气湍流对自由空间量子通信的影响,基于近地面大气湍流的Tunick模型,得到湍流气象参数与量子信道纠缠度之间的关系,针对量子退极化信道和幅值阻尼信道,建立湍流气象参数与信道容量之间的方程,分析湍流对量子信道利用率的影响,并进行性能仿真.结果表明:当压强为100kPa,风速为2m/s,温度为25℃,相对湿度分别为0.2和0.6时,量子信道的纠缠度分别为0.27和0.18,退极化信道容量分别为0.951 6和0.946 5,幅值阻尼信道容量分别为0.439 0和0.422 7,量子信道利用率分别为0.42和0.37.量子通信信道的各种参数与近地面大气湍流的气象参数有紧密联系,根据近地面大气湍流的气象参数,自适应调整量子通信系统的各项参数,可以提高量子通信的可靠性.     

中层海水水色三要素对水下量子通信性能的影响

为了研究中层海水中水色三要素对水下量子通信性能的影响,首先根据水色三要素的吸收和散射模型,提出了海水中叶绿素浓度、光量子信号波长和水下量子链路衰减的关系;然后针对退极化信道,分析了叶绿素浓度、光量子信号波长与信道容量、信道平均保真度和信道误码率之间的定量关系。仿真结果表明,传输距离为20 m,当叶绿素浓度分别为0.5 mg/m~3和1.5 mg/m~3时,水下量子通信信道容量、信道平均保真度、信道误码率依次分别为0.263 1和0.142 3,0.705 2和0.553,0.037 05和0.029 17.当波长分别为400nm和800nm时,通信信道容量、信道平均保真度、信道误码率依次分别为0.229 1和0.428 3,0.914 2和0.943 7,0.012 36和0.006 87。由此可见,叶绿素浓度和光量子信号波长对水下量子通信性能有显著的影响。应根据对海水水色三要素的探测情况,自适应调整系统的各项参数。     

非球形气溶胶粒子及大气相对湿度对自由空间量子通信性能的影响

当量子光信号在自由空间中传输时,不可避免地会穿过大气,而存在于大气的气溶胶的光散射与吸收必然会影响量子光信号的传输.本文根据气溶胶粒子谱分布及其消光系数,提出了圆柱形、椭球形、Chebyshev三种非球形气溶胶粒子与链路衰减、量子纠缠度的关系;分析了大气相对湿度与量子纠缠度、保真度的定量关系.仿真结果表明,圆柱形、椭球形、Chebyshev三种非球形气溶胶粒子对链路的衰减程度依次递增;随着圆柱形、椭球形粒子的取向比和Chebyshev粒子的等效半径的增加,纠缠度呈不同的变化趋势;当大气相对湿度为0.2和0.9时,纠缠度和保真度分别为0.72,0.32和0.75,0.22.由此可见,非球形气溶胶粒子及大气相对湿度对量子通信系统的性能影响极大.所以,在实际的量子通信系统中,应根据不同非球形气溶胶粒子和大气相对湿度,自适应调整系统的各项参数,以提高量子通信的可靠性.     

采用纠缠辅助量子LDPC码和检错重传策略的量子直传通信方案

针对现有量子信息直传协议在有噪音量子信道下传输效率低及可靠性差的问题,提出了一种有效利用纠缠资源的量子安全直传通信方案.通过收发双方共享纠缠粒子作为辅助比特,采用纠缠辅助量子低密度校验码对量子态信息进行前向纠错保护,以提高系统在噪音环境下的传输可靠性.同时采用自动请求重传策略对量子态信息进行检错编码保护,当因窃听或强噪...     

采用纠缠辅助量子LDPC码和检错重传策略的 量子直传通信方案

针对现有量子信息直传协议在有噪音量子信道下传输效率低及可靠性差的问题,提出了一种有效利用纠缠资源的量子安全直传通信方案.通过收发双方共享纠缠粒子作为辅助比特,采用纠缠辅助量子低密度校验码对量子态信息进行前向纠错保护,以提高系统在噪音环境下的传输可靠性.同时采用自动请求重传策略对量子态信息进行检错编码保护,当因窃听或强噪音导致译码获得的信息不正确时,则请求发端对该组信息进行编码重传操作.文中对所选用纠缠辅助量子低密度校验码在量子退极化噪音信道下的迭代译码性能进行了仿真,最后对方案的安全性进行了分析论证.     

量子隐形传态看作量子信道

非理想的纠缠资源和非标准的量子隐形传态操作导致非理想的量子态传输.本文从Nielsen-Caves理论出发,导出了非理想的量子隐形传态过程对应的量子信道的明显表达式.这给我们提供了对量子隐形传态的新认识,即量子隐形传态过程可等效地看作量子态依次通过三个量子信道的过程,这三个信道分别对应于发送者的测量、纠缠态和接收者的操作.特别地,我们建立了纠缠态与量子信道之间的一一对应关系,即一个纠缠态对应于这样一个量子信道,如果把描述该量子信道的Kraus算符用Pauli算符展开,则得到的参数矩阵就是该纠缠态的密度算符在Bell基下的矩阵.我们还导出了量子隐形传态保真度的明显表达式.我们的结果解析地揭示了输出态和保真度对纠缠资源和量子隐形传态操作的依赖关系.     

单模压缩真空态的量子隐性传态及其保真度的研究

文章基于Braustain和Kimble方案以双模最小关联混态作为量子信道实施对单模压缩真空态的量子隐性传态.研究发现,以混态纠缠态作为量子通道实行量子隐性传态得到输出量子态保真度较小.但是通过利用调解输出端位移因子的保真度的优化方案,我们发现可以在一定的参数范围内可以实现对具有压缩效应的量子态的高保真传送,在一定条件下甚至可以实现保真度为1的量子态的隐性传递.     

灰霾粒子与水云粒子不同混合方式对量子卫星通信性能影响

为了研究混合粒子的不同混合方式对星地量子卫星通信的影响,根据灰霾粒子与水云粒子的谱分布函数,以及不同混合方式下的消光系数,提出了外混合方式中星地量子信道衰减的计算关系,建立了内混合方式中的Core-shell信道衰减模型;分析了在不同混合方式下,混合粒子的粒径比与信道平均保真度、信道误码率之间的定量关系.仿真结果表明,当混合粒子的粒径比分别为0.2和0.8时,外混合粒子对应信道容量、信道平均保真度、信道误码率分别为0.39和0.27,0.8和0.8,0.003和0.009;内混合粒子对应信道容量、信道平均保真度、信道误码率分别为0.8和0.21,0.94和0.81,0.018和0.021.由此可见,灰霾粒子和水云粒子的不同混合方式对量子卫星通信性能的影响有显著差别.因此,在实际的量子卫星通信系统中,应根据混合粒子的不同混合方式自适应调整系统的各项参量,以提高星地量子通信链路的可靠性.     

基于光量子态避错及容错传输的量子通信

量子通信以量子态为信息载体在远距离的通信各方之间传递信息,因此量子态的传输和远距离共享是量子通信的首要步骤.信道噪声不仅会影响通信效率还可能被窃听者利用从而威胁通信安全,对抗信道噪声是实现安全高效量子通信亟需解决的问题.本文介绍基于光量子态的两类对抗信道噪声的实用方法——量子态的避错传输和容错的量子通信,包括对抗噪声的基本原理和两种方法的代表性方案,并从资源消耗和可操作性的角度分析了方案的实用价值.     

航空平台连续变量量子通信系统的信道特性

在考虑大气湍流及气动光学效应的情况下,建立了航空平台连续变量量子通信系统的传播模型,数值分析了信道特性对系统安全密钥率的影响。结果表明,大气湍流的折射率结构常数越小,气动光学影响下折射率结构常数的变化对系统安全密钥率的影响越明显;大气湍流及气动光学效应对系统安全密钥率的影响不容忽视。根据大气信道特性,通过设计相应的系统补偿模块,自适应地调整量子通信系统的相关参数,可以增强系统的稳健性。     

多光子跃迁下the Number-Chaotic态光场与运动二能级原子相互作用系统的保真度

利用全量子理论,研究了多光子跃迁下NCS(the number-chaotic state)态光场与运动二能级原子相互作用系统的保真度。讨论了原子的初始状态、数态光子数、热平均光子数、跃迁光子数、场模结构参数对系统保真度的影响。结果表明:场模结构参数影响系统量子态的振荡周期;热平均光子数影响系统保真度大小;原子初始状态、数态光子数及跃迁光子数选取不同,系统量子态的保真度表现出不同的规律。     

非均匀水流中涌浪运动对水下量子通信性能的影响

涌浪运动是非均匀水流中的一种非线性运动,是常见的海洋运动形式之一.在进行水下量子通信时,会对光量子信号的传输造成极大的影响.然而,有关涌浪运动造成量子通信信道参数变化的研究,迄今尚未展开.为了研究涌浪运动对水下量子通信性能的影响,首先对涌浪运动的传播建立了数学模型并分析了其频谱特性.针对退极化信道,提出了涌浪运动与水下量子通信信道纠缠和信道容量的定量关系,并对量子密钥分发过程中误码率的影响进行了分析.仿真结果表明,当海面风速在0—20.5 m/s变化时,随着传播周期逐渐增大,信道纠缠度由0.0012逐渐增加到0.8426,信道容量由0.8736减小到0.1024,密钥分发过程中,量子误码率由0.1651增加到0.4812.由此可见,涌浪运动对于水下量子通信性能有着明显的影响.因此,在进行水下量子通信时,应根据涌浪运动的不同程度,自适应调整系统参数.     

安徽量子通信技术有限公司

<正>量子密钥分发实验系统(BB84)利用量子态的不确定原理、量子态不可克隆原理、量子不可分原理等,将信息编码在单光子的量子态上,可完成量子密钥分发,结合一次一密的加密方式,可实现理论上的无条件安全保密通信。搭建量子密钥分发实验光路学习量子密钥分发BB84协议掌握量子信息编码方法实现量子保密通信全过程开发量子保密通信新的应用小型纠缠源实验系统性能指标波长:810nm。单路计数率:100kps符合计数率:6kps纠缠品质:92%泵浦光功率:0~100mw符合计数器门宽:3ns~10ns应用高亮纠缠光子源高亮单光子源量子成像极化关联曲线实验四种Bell态的制备Bell不等式测量单、双光子干涉实验     

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.     

冰水混合云对量子卫星通信性能的影响

根据冰-水混合云中冰晶和水滴粒子的谱分布函数及消光因子,得到冰-水混合云的冰水含量比例与量子卫星通信信道之间的衰减关系;针对比特翻转信道和退极化信道,分别建立冰水含量比例与信道容量、信道保真度之间的方程;分析了冰水含量比例对信道建立速率的影响.仿真结果表明:当冰水含量比例分别为1∶2和1∶9时,比特翻转信道、退极化信道的容量分别为0.65和0.92、0.59和0.95;当信源字符的概率为0.9时,比特翻转信道、退极化信道的保真度分别为0.60和0.83、0.89和0.95;当传输距离为2km,纠缠粒子对保真度为0.8时,信道建立速率分别为7.40 Hz和15.57 Hz.因此,当量子卫星信号出现较大衰减时,应根据冰-水混合云的冰水含量比例,自适应调整量子卫星通信系统的各项参量,以提高量子卫星通信的可靠性.     

囚禁离子非线性J-C模型量子态保真度

用全量子理论研究驻波激光场与囚禁离子相互作用系统中量子态保真度,详细讨论离子质心在驻波激光场中位置及离子初始状态对保真度的影响.结果表明:随着囚禁离子从远离驻波激光场波节处向波节处移动,量子态保真度振荡频率越来越高,振荡幅度几乎不变,且保真度到达第一个极小值所用时间越来越短,但不会出现信息完全失真;随着囚禁离子处于基态概率增加,量子态保真度振荡频率几乎不变,振荡幅度越来越小,也不会出现信息完全失真;在信息储存或传递过程中,囚禁离子量子态失真比系统和驻波场量子态失真小.