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光纤中量子密钥分配实验研究

作　者: 刘伟涛
导　师: 黄明球
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 应用物理
关键词: 量子信息量子密钥分配光纤自由空间独立消相干噪声
分类号: TN918.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
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内容摘要

通信安全在国家的军事和安全部门一直受到十分广泛的关注。21世纪进入了信息时代,信息安全已经与人们的日常生活紧密地联系在一起。如何加密保密信息,从古至今发展了很多方法。无论是什么方法,最基本的要求是即使其他人获得了加密后的消息,也无法从中读出信息。现有的加密系统通常把通信的安全性建立在计算复杂性基础上。然而量子力学的发展使这种加密系统面临着重大挑战,一旦量子计算领域获得重大突破,它强大的计算能力将使这种加密体系“无密可保”。对由此而来的信息安全危机,量子力学给出了解决方法,就是利用量子密钥分配建立绝对安全的密钥,在绝对安全的一次一密密钥体制下实现通信的绝对安全性。与经典通信不同的是,量子密钥分配的安全性是建立在物理规律基础之上的,任何企图窃听的行为必定会被通信双方发现。自量子密钥分配方案提出以来,国内外在此方面的研究发展很快。研究量子密钥分配,对于加速量子信息技术在国防上的实际应用有着重要的意义。同时可以加深我们对量子信息理论和实践的理解。本文主要研究了量子密钥分配的理论方案,提出了一种光纤传输的量子密钥分配方案,并对我们在自由空间中实现量子密钥分配的实验系统进行了说明。文章主要包括以下几个部分: 1、经典密码学理论介绍,并由此引出量子密钥分配理论。然后详细介绍了量子密钥分配的几种主要方案并就各种方案的安全性和效率作了简要的说明和对比。回顾了国内外的研究进展,重点着眼于国内外实验研究进展。 2、比较一般量子密钥分配所用的两种传输方式的优缺点。介绍光纤中使用的相位编码的系统。对已实现的光纤量子密钥分配实验中的所用的两种主要的相位编码系统作了着重介绍和比较分析。 3、对光纤的传输特性进行了分析,给出了独立消相干噪声模型。并提出一种在这种噪声下利用单重态在独立局域幺正变换下不变的性质,以双光子极化纠缠态作为信息载体进行的光纤中量子密钥分配方案。 4、对我们所做的BB84方案的自由空间量子密钥分配实验系统进行了详细说明,并与B92方案做了对比。描述了实验的完整过程,对实验结果做了详尽的讨论,对实验的误差来源做了分析,并提出了有针对性的改进意见。在实验过程中我们解决了一些问题,但还有一些问题需要在下一步的实验中进一步解决。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-8
第一章量子密钥分配方案及研究  8-20
  §1．1 密码学理论简介  8-10
  §1．2 BB84方案和B92方案  10-14
  §1．3 利用纠缠态进行量子密钥分配  14-16
  §1．4 量子密钥分配研究进展  16
  本章小结  16-17
  参考文献  17-20
第二章光纤中量子密钥分配  20-30
  §2．1 光纤中量子密钥分配系统简介  20-24
  §2．2 双不等臂Mach-Zehnder干涉仪量子密钥分配系统  24-25
  §2．3 法拉第镜自补偿系统  25-28
  本章小结  28
  参考文献  28-30
第三章抵抗独立消相干噪声的量子密钥分配方案  30-38
  §3．1 光纤的特性  30-32
  §3．2 单重态在独立消相干噪声影响下的性质  32-34
  §3．3 独立消相干噪声下的量子密钥分配方案  34-37
  本章小结  37
  参考文献  37-38
第四章自由空间中量子密钥分配实验尝试  38-50
  §4．1 实验方案与实验装置  38-41
  §4．2 光子的发送与测量  41-45
  §4．3 实验结果及讨论  45-48
  本章小结  48
  参考文献  48-50
结论与展望  50-53
致谢  53-54
硕士阶段的主要工作  54

光纤中量子密钥分配实验研究

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