自由空間量子密鑰分配協(xié)議研究.pdf

1、量子密碼學(xué)是基于量子力學(xué)中的海森堡測(cè)不準(zhǔn)原理和量子不可克隆原理發(fā)展起來(lái)的一種新型保密通信技術(shù)，在理論上已被證明是絕對(duì)安全、不可破譯的。由于其絕對(duì)安全性，在軍事、外交、通信、電子商務(wù)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
　　 近年來(lái)的研究表明：光束除了具有自旋角動(dòng)量（spin angular momentum, SAM），還具有由螺旋型相位結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的軌道角動(dòng)量（orbital angular momentum, OAM），且與極化量子態(tài)（自

2、旋角動(dòng)量）不同，OAM態(tài)可同時(shí)包含任意多種狀態(tài)。
　　 本文在BB84量子密鑰分配協(xié)議（quantum key distribution, QKD）基礎(chǔ)上，將OAM應(yīng)用到QKD過(guò)程中，獲得一個(gè)多維空間QKD方案，并對(duì)其進(jìn)行數(shù)值仿真。仿真結(jié)果表明，基于OAM的QKD協(xié)議極大地提高了密鑰生成效率，并且不需要調(diào)整參考系，適合自由空間通信；隨后，本文將互無(wú)偏基概念與OAM糾纏概念相結(jié)合，獲得兩種適合自由空間通信的QKD協(xié)議，分別是基于糾

3、纏特性的隨機(jī)相位QKD協(xié)議和基于OAM態(tài)糾纏的QKD協(xié)議，給出其具體實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)過(guò)程，通過(guò)數(shù)值仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了協(xié)議的可行性；由于OAM是空間波函數(shù)，當(dāng)OAM作為量子信息載體，在自由空間傳輸時(shí)不可避免受到大氣湍流的影響，因此，論文最后研究了大氣湍流隨機(jī)信道的統(tǒng)計(jì)特性，獲得大氣湍流的數(shù)學(xué)模型，以Labview為數(shù)值計(jì)算工具，分析大氣湍流對(duì)OAM狀態(tài)的影響，獲得所提出協(xié)議的量子誤碼率性能。論文對(duì)自由空間地面點(diǎn)對(duì)點(diǎn)大氣光鏈路中QKD實(shí)驗(yàn)，以及衛(wèi)星-