在21世紀(jì)的今天,信息安全的重要性是毋庸置疑的,然而當(dāng)前廣泛使用的經(jīng)典密碼學(xué),其安全性正面臨著巨大的威脅。與安全性基于計(jì)算復(fù)雜度高的數(shù)論難題的經(jīng)典密碼學(xué)不同,量子密鑰分發(fā)（Quantum key distribution,QKD）能夠提供理論上無(wú)條件安全的密鑰傳輸,其安全性由量子力學(xué)的基本原理保證,任何竊聽(tīng)行為都將因引入可觀測(cè)的錯(cuò)誤而暴露。自從QKD的第一個(gè)協(xié)議BB84協(xié)議在1984年IEEE計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)大會(huì)上被提出以來(lái),此后三十余年,QKD備受關(guān)注,無(wú)論是在理論上還是實(shí)驗(yàn)上都得到了充足的發(fā)展機(jī)會(huì)。但現(xiàn)實(shí)與理論仍然存在巨大的鴻溝需要跨越。QKD實(shí)際系統(tǒng)由于各方面的不完美而不斷制約其實(shí)用化進(jìn)程。本論文圍繞量子密鑰分發(fā)實(shí)用化這一主題,介紹了作者在博士期間的研究成果,主要包括實(shí)驗(yàn)參數(shù)非對(duì)稱問(wèn)題下的QKD方案及雙場(chǎng)量子密鑰分發(fā)協(xié)議（TF-QKD）的實(shí)驗(yàn)研究。具體的,本文介紹了利用清華大學(xué)王向斌理論小組2016年提出的聯(lián)合考慮不同基矢制備測(cè)量結(jié)果的四強(qiáng)度誘騙態(tài)方案,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)的第一個(gè)基矢探測(cè)效率非對(duì)稱情況下的高效BB84實(shí)驗(yàn),該實(shí)驗(yàn)不僅實(shí)現(xiàn)了基矢探測(cè)效率非對(duì)稱情況下成碼率性能的大幅度提升,還剔... 

【文章來(lái)源】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省211工程院校985工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：139 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖２．１?ＧＬＬＰ?ｗｉｔｈｏｕｔ?ｄｅｃｏｙ方案與ＧＬＬＰ?＋?Ａｓｙｍｔｏｔｉｃ?ｄｅｃｏｙ方案在成碼率及成碼距離上??的比較丨１３】??

。可以想見(jiàn)，當(dāng)光脈沖寬度比探測(cè)器的有效門??寬大時(shí)，將會(huì)額外的引入損耗從而降低最終安全成碼率。結(jié)合多種因素，我們?cè)??這里選擇１０?ＧＨｚ的布拉格光柵，并配合適量的色散補(bǔ)償光纖來(lái)抑制光脈沖在長(zhǎng)??光纖中的色散效應(yīng)。??ｗｒ．．?．?ＩｎｆＳａＡｓ?ＳＰＤ?ＰＤ??ｍ?－＝ｇ?＾??：爾〇卜｜寧??Ｉ?二■?？?＼?ｅｖｏａ?｜ｂｓ?趨??ｔ?▼??嚴(yán)ｗ?ｙ?ＦＢＧ?＿??Ａｌｉｃｅ?Ｂｏｂ??Ｌｏｎｇ?Ｄｉｓｔａｎｃｅ??Ｏｐｔｉｃａｌ?Ｆｉｂｅｒ??圖２．２實(shí)驗(yàn)裝置圖ｌ１？ｌ？其中ＤＦＢ?Ｌａｓｅｒ：分布反饋激光器，Ａｔｔ：手動(dòng)衰減器，ＢＳ：分束器，??ＰＢＳ：偏振分束器，ＥＶＯＡ：電可調(diào)光衰減器，ＣＩＲ：環(huán)形器，ＦＢＧ：布拉格光柵，ＤＷＤＭ：??密集波分多路復(fù)用器，ＳＯＡ：半導(dǎo)體光放大器，ＥＰＣ：電偏振控制器，ＰＤ：光電二極管??探測(cè)器，ＳＰＤ：?jiǎn)喂庾犹綔y(cè)器。所有器件均為光纖器件。??此外，我們還需要將相隔很遠(yuǎn)的Ａｌｉｃｅ和Ｂｏｂ兩套系統(tǒng)同步起來(lái)，這里我??們采用的是同步光的同步方式。我們選用波長(zhǎng)為１５７０?ｎｍ的同步光激光器，產(chǎn)??生１００?ｋＨｚ的同步光脈沖。為了節(jié)省光纖資源，我們選擇波分復(fù)用的方式，利用??１００?ＧＨｚ的密集波分復(fù)用器（ＤＷＤＭ）將同步光脈沖與信號(hào)光脈沖合束至同一??單模光纖中傳輸給Ｂｏｂ。在Ｂｏｂ端再利用中心波長(zhǎng)相同的ＤＷＤＭ將同步光脈沖??與信號(hào)光脈沖分離開(kāi)。??而當(dāng)傳輸距離大于１００?ｋｍ時(shí)，我們需要利用一個(gè)半導(dǎo)體光纖放大器（ＳＯＡ）??對(duì)同步光進(jìn)行放大后再使用光電二極管（ＰＤ）進(jìn)行識(shí)別探測(cè)。在實(shí)驗(yàn)中，我們??發(fā)現(xiàn)，同步光脈沖進(jìn)入ＳＯＡ后會(huì)有少量光脈沖被反

?第２章標(biāo)準(zhǔn)量子密鑰分發(fā)協(xié)議實(shí)驗(yàn)研究???意，若；＝?，該方案將與方案一完全相同。??方案三基矢探測(cè)效率非對(duì)稱條件下的新型四強(qiáng)度方案［１６］，即??得益于較高的系統(tǒng)頻率，計(jì)算一次安全成碼率需要發(fā)送ｉＶ個(gè)脈沖，而這僅??僅需要大約１６秒的時(shí)間。每一個(gè)距離、每一個(gè)方案我們重復(fù)進(jìn)行３０次實(shí)驗(yàn)并計(jì)??算成碼率的平均值和方差，作為最終的結(jié)果，如圖２．３。??表２．３理論優(yōu)化及實(shí)驗(yàn)的參數(shù)。??■ｓ〇?Ａｒ?ｔｄ?ｅｄ?ａ?ｆ?ｅ?Ｎ??２．５０Ｘ１０－７?ｌ?％?５．００?ｘ?１０－７?１．５％?０．２?１．１４?１０－１０?１０１０??其中ｓｎ、Ａｒ與Ｇ分別為探測(cè)器暗計(jì)數(shù)率、后脈沖率、死時(shí)間（ｓ），?￣為光失調(diào)誤??差率，ａ表示量子信道傳輸損耗系數(shù)（ｄＢ／ｋｍ），／為糾錯(cuò)效率，ｅ為安全系數(shù)，Ｗ??為總發(fā)送脈沖數(shù)。??我們的實(shí)驗(yàn)主要分為兩個(gè)部分，具體實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)及測(cè)量數(shù)據(jù)可參考文獻(xiàn)［１７］：??（１）我們將探測(cè)效率分別設(shè)為＝?１０％，ｋ?＝?５％，即＝?２。光纖傳輸距??離分別為８７、１２６、１４１、１５０?ｋｍ。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，新型四強(qiáng)度方案成碼率較兩種??三強(qiáng)度方案有較大的提升。例如在８７?ｋｍ實(shí)驗(yàn)中，四強(qiáng)度方案成碼率為３９?ｋｂｐｓ，??是方案一成碼率的３．０倍，是方案二成碼率的４．８倍。且四強(qiáng)度方案的最遠(yuǎn)傳輸??距離為１５０?ｋｍ，是其余兩種方案均無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。??（２）我們進(jìn)一步提高效率失配程度至＝?１０，即＝?１０％，化＝１％。光??纖傳輸距離分別為６２、８７、１０７、１２６?ｋｍ。四強(qiáng)度方案的優(yōu)勢(shì)則更為明顯。比如??在光纖傳輸８７?ｋｍ?xiàng)l件下，四強(qiáng)度方案的成碼率為２０?ｋｂｐｓ，較三強(qiáng)度的兩種方??案分別提高３


本文編號(hào)：3618018