高速连续变量量子密钥分发控制系统的研究与设计

论文摘要

连续变量量子密钥分发(CVQKD)系统除了具有无条件安全性和对窃听的可检测性外,还具有设备简单,技术难度较低,信道容量高等优点。因此,对其进行理论和实验研究具有很重要的意义。而如何为CVQKD系统提供高性能、高稳定性、通用性很强的控制系统,使其能显著的提高CVQKD系统的密钥分发速率存在着诸多难点。本文为了解决这一问题,详细的研究和设计了下面几个关键内容:1.通过对基于NI数据采集卡的CVQKD系统的设计思想、工作流程、关键功能模块和性能参数等方面的研究,分析了构建高速CVQKD系统的必要性和关键技术。在此基础上,提出了设计高速数据采集卡的方案。2.设计用于控制CVQKD系统的高速数据采集卡。结合CVQKD系统的需求,设计出的高速数据采集卡包含高速AD、高速DA,板卡集成大容量的DDR2内存,并支持通过PCIE接口与主机进行数据传输。并对该板卡的数据传输性能进行了测试,还完成了板卡的环路测试,结果达到预期效果。3.在高速数据采集卡基础上,设计出高速CVQKD的系统方案,根据高速数据采集卡的性能,分析了该方案的工作流程、主要逻辑设计模块。最后从理论上分析了该方案的安全密钥速率和可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 课题研究意义
• 1.3 量子密钥分发实验进展
• 1.4 基于FPGA的量子密钥分发控制系统概况
• 1.5 本文主要内容及主要章节安排
• 第二章 连续变量量子密钥分配
• 2.1 量子密钥分配通信模型
• 2.2 连续变量量子密码通信
• 2.2.1 相干态量子光信号
• 2.2.2 压缩态量子光信号
• 2.2.3 零差检测
• 2.2.4 分发流程
• 2.3 高斯调制连续变量量子密钥分发实验系统
• 2.3.1 系统结构
• 2.3.2 系统工作流程
• 2.3.3 系统控制模块功能介绍
• 2.3.4 系统控制软件工作流程分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于FPGA的高速数据采集卡设计分析
• 3.1 高速数据采集卡硬件结构分析
• 3.1.1 可编程逻辑器件
• 3.1.2 时钟处理模块
• 3.1.3 DDR2 存储器
• 3.1.4 AD/DA器件
• 3.1.5 PCIE接口
• 3.2 高速数据采集卡工作流程
• 3.2.1 寄存器配置
• 3.2.2 DDR操作
• 3.2.3 AD操作流程
• 3.2.4 DA操作流程
• 3.3 高速数据采集卡关键逻辑设计
• 3.3.1 数字时钟模块设计
• 3.3.2 DMA模块设计
• 3.3.3 异步FIFO缓存设计
• 3.4 结果分析与讨论
• 3.4.1 PCIE传输速率分析
• 3.4.2 系统整体收发分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于高速数据采集卡的高斯调制CVQKD系统方案
• 4.1 引言
• 4.2 系统方案介绍
• 4.3 系统协议栈架构
• 4.4 系统控制逻辑设计分析
• 4.5 系统安全密钥速率分析
• 4.6 系统可行性分析
• 4.7 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 论文总结
• 5.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者在攻读硕士学位期间撰写的主要论文
• 附件