實(shí)用化量子通信系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)的研究.pdf

1、量子通信是量子力學(xué)和經(jīng)典通信的交叉學(xué)科，有著傳統(tǒng)通信方式所不具備的絕對(duì)安全特性。在國(guó)防軍事、金融貿(mào)易、政治外交等領(lǐng)域有著重大的應(yīng)用價(jià)值和發(fā)展前景。本文所介紹的研究工作以實(shí)用化量子通信系統(tǒng)為目標(biāo)，提出了一些具有創(chuàng)新性和實(shí)用性的量子密鑰分發(fā)方案，并在解決某些關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題的基礎(chǔ)上，完成了具有實(shí)用化雛形的量子通信樣機(jī)。主要內(nèi)容如下：
　　 ⑴由于光纖中的偏振隨機(jī)抖動(dòng)，偏振編碼的量子密鑰分發(fā)方案一直不被看好。本文借鑒經(jīng)典光通信中偏振控制的

2、思想，提出了利用光子計(jì)數(shù)分析單光子偏振態(tài)，然后通過(guò)壓電陶瓷擠壓光纖調(diào)節(jié)偏振的方法。最終實(shí)現(xiàn)了單光子水平下的偏振控制，并完成了長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定的量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)。
　　 ⑵在此基礎(chǔ)之上，進(jìn)一步提出一種實(shí)時(shí)偏振控制方法，利用時(shí)分復(fù)用技術(shù)將參考光和信號(hào)光在時(shí)域上分開(kāi)，并通過(guò)單光子探測(cè)器不同的門延遲對(duì)兩者分別探測(cè)，通過(guò)對(duì)參考光的控制，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)單光子信號(hào)的實(shí)時(shí)偏振監(jiān)控，最后成功的完成了長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定的實(shí)時(shí)量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)。通過(guò)這種方法可以保持量子

3、密鑰分發(fā)無(wú)中斷的進(jìn)行，有效的提高了成碼效率，進(jìn)一步提升了偏振編碼方案的應(yīng)用價(jià)值。
　　 ⑶提出了一種實(shí)驗(yàn)上可行的經(jīng)典編碼和量子通信相結(jié)合的量子直傳方案，通過(guò)將明文進(jìn)行經(jīng)典編碼并隨機(jī)添加冗余進(jìn)行混合，可以實(shí)現(xiàn)明文在量子信道中安全的傳遞。最后在相位編碼系統(tǒng)中完成了量子直傳的實(shí)驗(yàn)演示。
　　 ⑷為推進(jìn)量子通信的實(shí)用化進(jìn)程，我們研制了適用于量子通信系統(tǒng)并且性能優(yōu)良的窄脈沖準(zhǔn)單光子源和單光子探測(cè)器。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)了工作穩(wěn)定的