量子密钥分发协议仿真及激光器驱动设计研究

论文摘要

自从1984年Bennet和Brassard联合提出了国际上第一个量子密钥分发方案BB84协议以来,世界各国都围绕着如何实现更加高效和安全的量子密钥分发方案做出了一系列的研究。本文针对量子通信系统网络的构建做出了相关的研究。本文在讨论量子比特性质的基础上,将传统的量子密钥分发协议与纠缠光子对的纠缠特性相结合,讨论了一种改进的BB84协议——基于纠缠的BB84协议。为了考察该协议的可行性,利用量子计算语言分别针对协议的正确性和安全性进行了仿真验证,并进一步考察衰落信道对协议工作的影响。仿真结果表明,基于纠缠的BB84协议也是绝对安全可靠、切实可行的量子密钥分发协议。为了满足实际构建量子通信网络的需要,设计实现了一种利用激光二极管制备准单光子源的方案,重点实现了激光二极管驱动电路和高速窄脉冲生成电路的设计。高速窄脉冲生成电路的生成脉冲的脉宽可以达到纳秒级,从而保证了激励产生的脉冲激光持续时间极短;而脉冲激光输出功率的稳定可由驱动电路保证。因此,在经过选取一定的衰减器对输出脉冲激光进行衰减之后可以得到良好的准单光子源,为以后的量子通信系统的搭建提供了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 量子通信的发展现状及前景
• 1.2 量子通信网络的发展意义
• 1.3 本论文所做工作及章节安排
• 第二章 量子信息与量子保密系统
• 2.1 量子比特
• 2.1.1 量子态
• 2.1.2 量子比特
• 2.1.3 量子比特的物理性质
• 2.2 量子保密通信
• 2.3 量子通信系统的模型
• 2.4 结论
• 第三章 量子密钥分发协议改进及仿真研究
• 3.1 传统的密钥分发协议 BB84
• 3.2 改进的 BB84 协议
• 3.2.1 EPR 纠缠对
• 3.2.2 基于纠缠的 BB84 协议
• 3.3 协议仿真工具QCL 介绍
• 3.4 改进的 BB84 协议仿真研究
• 3.4.1 协议正确性仿真验证
• 3.4.2 协议安全性仿真验证
• 3.4.3 在衰减信道中协议的有效性分析
• 3.4.4 改进后的协议与原协议的对比
• 3.5 小结
• 第四章 激光器驱动电路设计及实现
• 4.1 设计要求
• 4.2 设计思想和原理框图
• 4.2.1 驱动电路模块设计
• 4.2.2 脉冲生成电路模块设计
• 4.3 接收测试电路的简单设计
• 4.4 结论
• 第五章 总结与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在读研期间的研究成果