基于BB84协议和偏振编码的量子密钥分发研究与实现

论文摘要

量子密码通信是由经典通信和量子力学相结合产生的交叉学科,其无条件安全的特点,使它成为一种全新的安全通信技术,它在各个领域潜在的应用价值已受到高度重视,因此,量子密钥分发的研究越来越成为人们关注的焦点。本文研究建立基于BB84协议的量子保密通信系统,着重研究采用偏振编码的量子密钥分发系统的实现。首先,在研究量子密码通信的基本原理和分析BB84协议的基础上,给出了一种基于偏振编码的光纤信道量子密钥分发系统模型;其次,采用Windows Socket网络编程方法,基于C/S模式编写了服务器和客户端的程序,完成了协议的软件实现部分;第三,在对偏振理论研究的基础上,阐述了偏振控制在量子密钥分发系统中的重要性,给出了一种用于量子密钥分发系统的偏振控制模型及其自反馈工作原理;最后,根据量子密钥分发系统实验平台获得的实验数据,对偏振自动控制算法进行了讨论。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 量子密码通信概述
• 1.2 量子通信的发展现状及前景
• 1.3 论文所做工作及章节安排
• 第二章 量子信息及量子密码通信理论基础
• 2.1 量子比特及其物理性质
• 2.1.1 量子比特的描述
• 2.1.2 量子比特的物理性质
• 2.2 量子密码通信系统的模型
• 2.3 基于 BB84 协议的量子密钥分发系统
• 2.3.1 协议描述
• 2.3.2 协议安全性
• 2.3.3 量子密钥分发（QKD）系统的框架
• 2.4 量子比特编码
• 2.4.1 偏振编码
• 2.4.2 相位编码
• 2.4.3 频率编码
• 2.5 本章小节
• 第三章 偏振控制理论基础
• 3.1 偏振光的基本概念
• 3.2 偏振态的数学描述
• 3.2.1 斯托克斯参量表示法
• 3.2.2 邦加球作图法
• 3.3 偏振控制器
• 3.4 基于光纤挤压器的偏振控制器的控制原理
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于 BB84 协议的 QKD 软件实现
• 4.1 实验平台系统
• 4.2 协议的软件实现方案
• 4.2.1 协议具体方案
• 4.2.2 软件实现方法
• 4.3 QKD 软件实现的具体描述
• 4.3.1 基于TCP 的winsock 工作流程
• 4.3.2 QKD 软件的实现
• 4.4 软件运行结果及分析
• 第五章 偏振控制算法的研究与实现
• 5.1 实验系统
• 5.2 偏振控制原理
• 5.2.1 光纤挤压型动态偏振控制器模型
• 5.2.2 偏振控制系统模型
• 5.2.3 偏振控制过程在邦加球上的调整过程
• 5.3 QKD 系统的偏振控制算法
• 5.3.1 偏振控制的自反馈工作过程
• 5.3.2 偏振控制算法设计
• 5.3.3 实验调整过程
• 5.4 本章小节
• 第六章 总结及展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 研究成果