自由空间量子通信信道的研究

论文摘要

量子通信是基于量子力学原理的通信方式,由于量子的先天特性,量子通信具有其他通信方式无法比拟的安全性。从20世纪80年代量子通信的提出,到今天量子通信已经可以实现百公里传输,量子光纤以及短距离自由空间传输技术不断地取得进步,但由于光纤的构建受到地理条件限制,并且陆上自由空间量子通信的距离有限,无法实现长距离量子通信。对于未来建立全球量子通信网的设想,量子通信的研究必须要解决传输距离短,传输过程受外界地理条件影响大的缺陷。卫星通信技术在当今信息社会已经得到很好的应用,卫星通信利用卫星,与地面建立通信网络,使得通信范围大大提高,通信的时效性也得到改善.利用卫星来分发单光子(或纠缠光子对)的方法为远程量子通信网络提供了一种独特的解决方案,这将克服现有的光纤和陆上自由空间链路所带来的距离限制,实现真正意义上的全球量子通信。本文对大气信道进行具体分析,通过仿真,不同大气状况对实现空间量子通信的可行性进行分析研究,并建立空间量子通信实验系统,结合大气具体条件,对自由空间量子通信系统的关键部件提出具体要求。本文从各方面进行分析,通过仿真,细致研究了自由空间量子信道特性,并证明实现真正意义上的自由空间量子通信网络设想的可行性,对未来构建全球量子通信网具有参考价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 量子通信的发展
• 1.2 自由空间量子通信及其信道研究的意义和发展状况
• 1.3 章节安排
• 第二章 量子信息与量子通信
• 2.1 量子力学的基本特性
• 2.1.1 态的叠加原理
• 2.1.2 相容性和测不准定理
• 2.1.3 不可克隆性
• 2.1.4 互补性
• 2.2 量子通信
• 2.2.1 量子密钥分发通信模型
• 2.2.2 量子密钥分发协议
• 2.3 小结
• 第三章 空间量子通信系统
• 3.1 空间量子通信的概念
• 3.1.1 量子交换与中继
• 3.1.3 空间量子通信的传输模式
• 3.2 空间量子通信实验系统模型
• 3.2.1 单光子空间量子通信实验子系统
• 3.2.2 量子纠缠对空间量子通信实验子系统
• 3.3 大气信道中量子信号的传播特性
• 3.3.1 大气的特点
• 3.3.2 大气对量子信号传播的影响
• 3.3.3 大气信道模型
• 3.4 总结
• 第四章 空间量子通信信道的分析
• 4.1 大气影响与空间量子通信的可行性分析
• 4.1.1 仿真工具简要介绍
• 4.1.2 发射光波长的选择
• 4.1.3 量子通信在大气环境下的可行性分析
• 4.2 空间量子通信的关键技术
• 4.3 空间量子通信网的实现
• 4.4 总结
• 第五章 总结
• 5.1 全文总结
• 5.2 对实现全球空间量子通信网的展望
• 致谢
• 参考文献
• 硕士期间的研究成果