自由空间量子通信系统分析

自由空间量子通信系统容易受到各种自然条件的影响从而影响密钥生成率,而大气湍流随机性的特点是设计自由空间量子通信系统考虑的首要因素.根据大气传播理论,考虑湍流和衰减因素,建立了自由空间极化编码单光子源的传播模型,分析了大气湍流和量子密钥生成率间的关系;然后利用实际参数分析了不同湍流强度对量子密钥生成率的影响.分析结果表明...     

自由空间量子密钥分发中信号发生与处理方案

针对自由空间量子密钥分发系统中的随机信号发生及数据采集这一难题,提出了一种利用在LabVIEW环境下开发的虚拟仪器程序来控制数字I/O板卡的解决方案.发送端利用程序控制高速数字输入/输出板卡,产生随机信号用于实现光子路径的随机选择.接收端采用缓冲周期测量的计数方式,采用两个计数器记录两路随机信号的信息,通过程序来完成对计数器板卡的控制,将采集到的数据保存在两个本地文件中,以用于后续的数据处理分析.本方案具有易于开发和调试、维护方便、应用灵活、成本低等优点,已经成功用于基于B92协议的自由空间量子密钥分发系统中.     

自由空间中量子密码通讯实验

利用线性光学器件, 在实验上演示了大气空间中的2.2 m距离的量子密钥分配的B92方案物理原理. 实验中用高度衰减的650 nm弱脉冲激光光源作为单光子源. 量子密码通讯的优点是它的安全性. 在实验中清楚地演示出窃听者的窃听行为对通讯的信号产生明显影响, 从而被发现. 最后, 对实用量子密码通讯所存在的问题及其解决方案进行了讨论. 指出提高量子密码通讯的距离在于克服传输中的衰减. 这个问题的解决需要新的量子密码通讯协议.     

基于半导体量子点的量子通信

光子源和纠缠光子对的制备是量子信息产生和传输过程的源头,是实现量子通信的重要前提条件.半导体量子点固体系统具有可集成性和可扩展性的优点,并且与现有的半导体光电子学技术密切相关,近年来在单光子源和纠缠光子对制备方面取得了重要的进展,是未来全固态量子通信的重要元器件.从量子通信的基本原理出发,阐述了制备单光子源和纠缠光子对的重要性,介绍如何解析推导出圆形常规半导体量子点中的电子结构,描述了圆形拓扑绝缘体量子点中边缘态具有双重简并的电子结构,能级间隔与量子点的具体形状无关,并且具有自旋轨道锁定的特性,总结了实验和理论上在利用这一独特的电子结构制备单光子源和纠缠光子对方面取得的重要进展.     

50 km光纤中量子保密通信

最近完成的“即插即用”型长距离光纤中量子保密通信实验系统. 该系统采用Faraday旋转反射镜补偿偏振色散和相位抖动, 并采用门限脉冲驱动的符合单光子探测技术以降低Rayleigh背向散射等造成的干扰, 从而进一步减少噪声. 量子保密通信实验的工作距离可达50 km, 稳定工作时间不小于6 h. 并且通过局域网TCP协议实现了密文的传递, 初步展现了实用化的前景.     

量子交换机与结合量子通信与经典通信的新模式

在引入量子交换机概念的基础上,提出了经典通信向量子通信过渡时期的一种新的通信模式.利用纠缠交换通过量子交换机来建立量子信道,使得通信方避免了复杂的量子技术.使用经典通信信道来传输无直接关联的信息随机数序列,保证了通信的大容量和高效性.     

联合噪声下确定的安全量子通信

提出了两个抗联合噪声的确定的安全量子通信方案. 一个用于在联合转动噪声下进行安全的量子通信, 另一个用于在联合退相位噪声下进行安全的量子通信. 量子通信的双方利用他们的子系统之间的量子关联有效地完成窃听检测. 为了在联合噪声下进行安全的量子通信, 发送方需要制备一串三光子纠缠态, 但通信双方仅需要采用单光子测量获得信息, 而不是Bell态测量. 这一特点使得我们的方案在实际应用中更方便.     

量子纠缠与超光速量子通信

量子通信是经典通信和量子力学相结合的一门新兴交叉学科.在介绍量子纠缠特性的基础上,对量子隐形传态进行了探讨,提出了超光速量子通信的途径.     

自由空间量子隐形传态实验中远程光符合的电子学系统研制

在两光子自由空间量子隐形传态实验方案中,设计了一套远程光符合的电子学系统,系统最小符合时间窗口约2ns.整个系统包括编码、解码、延时、高压驱动、符合、计数等模块.此系统实现了将实验中的经典信息和量子信息耦合在一起并通过自由空间传送到另一端进行在线符合来判定纠缠光子对.系统中编码模块将Alice端Bell基测量结果的时间标记信息和通道信息叠加在一起,通道信息的编码使用了奇偶校验和汉明码来降低事例丢失率和出错率,解码模块则分离出经典的时间标记信息和通道信息并做相应操作.完成了800m距离的两光子自由空间量子隐形传态实验,实验结果表明用本系统进行远程的实验是可行的.     

保密通信与量子密码术

总结了密码学的发展和目前的密码体制,分析了经典密码学目前存在的问题,阐述了量子密钥分配的安全性保证,详细介绍了量子保密通信的整体系统构成以及量子密钥分配的全过程。分析了该领域目前存在的实际问题和瓶颈技术,并提出了影响系统成码率的定量关系,对量子保密通信系统的主要研究方向进行了总结和展望。     

近海污染大气对自由空间量子通信性能的影响

自由空间是量子保密通信的重要应用场景之一。近海地区,大气湿度和各种污染大气气溶胶粒子会导致量子链路性能的衰减。基于Mie散射理论,结合近海地区空气湿度对气溶胶粒径及复折射率的影响,计算吸湿后近海污染大气气溶胶的消光系数。根据气溶胶的粒度谱分布函数,分析近海污染大气气溶胶粒子浓度与星地量子链路衰减、量子链路效率及信道纠缠度之间的关系。针对比特翻转噪声及相位阻尼噪声,研究量子隐形传态保真度的变化。结果表明,近海地区大气相对湿度为80%的环境下,当传输距离为6 km,气溶胶粒子数浓度为60 cm^-3时,对应的链路衰减系数、链路效率、幅值阻尼信道量子纠缠度分别为1.7 dB、2.02×10^-6、0.457。仿真结果可为近海地区量子通信系统的设计与优化提供参考。     

基于Zigbee无线传感网的量子通信路由协议的研究

该文将无线传感网Zigbee技术与量子通信结合,在ZBR(ZigBee Routing)路由算法基础上,提出针对量子通信改进的QZBR(Quantum-ZigBee Routing)协议,阐述了实现量子信道建立和量子信息传输的具体过程。QZBR改进协议在路由选择中融入了量子纠缠粒子对数的度量,采用反向同步法在路由发现后进行反向路由建立时同步建立量子信道,达到提高效率、减少控制消息数量和缩减量子信道建立时间的目的。     

量子通信研究的若干问题

1935 年A. Einstein、B. Podolsky 和N. Rosen 三人发表合写文章"量子力学对物理实在的描述是否完备?"该文的局域性原则与他的狭义相对论(SR) 相呼应,但与量子力学(QM) 不一致.1951 年D. Bohm 对EPR 思维作了现代意义上的陈述,实际上启动了量子纠缠态研究.在此基础上,1965 年J. Bell 提出了后来称为Bell 不等式的隐变量理论,而在1981 年-1982 年A. Aspect 做了多个精确实验,结果与Bell 不等式不符,而与QM 一致.因此,双粒子系统中存在QM 预期的奇异相关,其中的超空间(超距) 作用却与EPR 思维矛盾.在后来数十年中,Bell 型实验常盛不衰,互相纠缠的光子间隔由Aspect 时的15m 逐步加大到144km,而在2017 年由中国量子卫星扩展到1200km,十分惊人.EPR 论文的错误对科学研究提供了深刻的教益.近年来量子通信技术的发展,就是建筑在量子非局域性和量子纠缠的基础上的.量子信息学(QIT) 有三个主要研究方向——量子计算、量子通信和量子雷达.量子通信的关键点在于必须有绝对保密性.但这在实际上很难,故迄今不能说这问题已经解决.因此,我们认为在2017 年量子通信才获很大成就.     

经典密码通信与量子密码通信的现状及发展趋势

对现有3种经典保密通信体系,即对称密钥体系、非对称密钥体系、Vernam密钥体系的现状和发展趋势进行了分析,指出了经典保密通信的局限性,重点阐述了绝对安全的量子密码通信的现状和发展趋势.     

量子纠缠及其在量子通信中的应用

给出了量子纠缠态的概念,分析了量子隐形传态的原理,给出了粒子隐形传态的试验方案。     

两种典型的量子通信技术

量子通信是量子信息中的一个重要分支．而其中最典型的量子通信技术是量子隐形传态和量子密码通信．文章介绍了量子通信中量子叠加和量子纠缠的概念．并介绍两种量子通信技术的理论框架,同时也涉及了这个领域的实验研究进展．     

量子安全直接通信?

"墨子"号量子科学实验卫星的发射,进一步吸引了人们对量子通信的关注.自1984年IBM的Bennett和加拿大蒙特利尔大学的Brassard提出第一个量子密钥随机分配协议以来,量子通信能否进行机密信息的安全直接传输一直是困扰量子通信界的一个难题.2000年,清华大学龙桂鲁等萌芽了量子安全直接通信的初步思想,随后的几年,我们建立了量子安全直接通信的完整理论,创建了4个判据,构造了2个最早期完整的量子安全直接通信代表性方案,为量子安全直接通信方案设计及其应用提供了物理原理依据,吸引了众多学者的关注与投入,促进了这一领域的发展.本文首先以第一个量子秘钥随机分配协议为例介绍量子通信如何为经典保密通信服务;随后,以最早期完整的2个量子安全直接通信方案为基础,阐述了为什么可以进行量子安全直接通信,并介绍量子安全直接通信的物理原理.     

量子安全直接通信

量子通信利用量子力学原理进行信息传输和处理,具有高安全、高容量等优点.量子安全直接通信在量子信道中直接传输秘密信息,是一种新式的量子通信模式.自2000年提出以来,量子安全直接通信得到了迅速的发展.该文综述量子安全直接通信的基本原理,描述几个典型的量子安全直接通信协议.最后介绍量子安全直接通信的最新发展动态,展望量子安全直接通信的未来.