光纤量子密钥分配系统的理论与实验研究

论文摘要

量子信息学的研究发现，如果通过量子态编码来传送密码信息，依据量子力学不确定性原理，任何对量子载体的测量或复制行为都将改变原量子态。这为我们提供了一种主动发现窃听者的方法，即量子保密通信。与任何传统密码术都不同的是，它借助于自然法则的威力，从根本上杜绝了非法窃听的可能性，将为人们提供一种“无条件”的安全通信方法。本文工作致力于量子保密通信技术初步实用化的研究，目标是探索量子密钥分发的新方案，并完成长距离长期稳定的光纤型量子密钥分发系统。主要内容有：一、在位相偏振调制器的基础上进行改造并设计出一种偏振型强度调制器，做为差分相位编码QKD系统的光源，以此产生相干多脉冲。二、提出一种自动补偿高效实用的改进型差分相位编码量子密钥分发方案。在Alice端采用偏振型强度调制器对连续激光进行调制，产生任意个相干脉冲进行差分相位调制编码；在Bob端采用双FM干涉仪代替传统的M-Z干涉仪，自动补偿了由环境引起的偏振抖动，提高了系统的干涉稳定度。本方案简化了系统的结构，提高了密钥生成效率，增强了系统的安全性。在实验上实现了稳定的量子密钥分配。三、研究了双M-Z干涉仪系统的相位漂移机制，采用跟踪相位变化适时进行密钥分配，通过局域网实现了稳定的量子保密通信，向实用化又迈进了一步。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 经典密码体系简介
• 1.1 密码学的历史进展
• 1.2 密码学基本概念
• 1.3 对称（非公开）密码体系
• 1.4 非对称（公开）密码体系
• 1.5 经典密码体系的安全性
• 1.6 小结
• 第二章 量子保密通信概论
• 2.1 量子比特
• 2.2 量子纠缠
• 2.3 量子密钥分配的理论保障
• 2.4 量子密钥分配的协议
• 2.5 量子密钥的产生
• 2.6 量子密钥分配的安全性分析
• 2.7 量子保密通信的发展概况
• 2.8 小结
• 第三章 光纤量子保密通信系统分析及实验研究
• 3.1 光纤的传输特性
• 3.1.1 光纤的损耗特性
• 3.1.2 光纤的色散特性
• 3.1.3 单模光纤的偏振色散
• 3.2 偏振编码的量子密钥分发实验系统
• 3.3 相位编码的量子密钥分发实验系统
• 3.3.1 基于 Mach-Zehnder干涉仪的 QKD实验系统
• 3.3.2 “即插即用”QKD系统
• 3.3.3 基于 Faraday-Michelson干涉仪的 QKD系统
• 3.4 差分相位编码量子密钥分发系统
• 3.4.1 IWY方案
• 3.4.2 弱相干光的脉冲串的 DPSK系统
• 3.4.3 BLT方案
• 3.4.4 基于 DPSQKD的即插即用系统
• 3.4.5 差分相位调制方案的优缺点
• 3.5 双 Mach-Zehnder干涉仪相位编码 QKD系统的实验研究
• 3.5.1 双 M-Z干涉仪相位漂移和自适应编码研究
• 3.5.2 量子保密通信系统实验和结果
• 3.5.3 结论
• 3.6 小结
• 第四章 自动补偿高效的差分相位编码 QKD系统实验研究
• 4.1 差分相位编码量子密钥分配方案
• 4.2 偏振型强度调制器光源
• 4.3 系统稳定性分析
• 4.4 系统安全性分析
• 4.5 量子密钥分配实验与结果
• 4.6 小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 硕士期间发表论文
• 致谢