單光子量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的理論模擬與分析.pdf

1、通信技術(shù)的發(fā)展隨著相關(guān)硬件及其理論的發(fā)展已經(jīng)有了前所未有的進(jìn)步。在通信過程中，人們關(guān)心信息在傳輸過程中的安全性和保密性。如何正確地連接通信雙方(或多方)，并使信息在他們之間能夠準(zhǔn)確、安全、秘密地傳輸成為通信技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)之一。 本文在充分掌握了量子密鑰研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，本文針對量子密碼通信自由空間信道和光纖信道中的傳輸率和誤碼率展開了研究。量子通信實(shí)際上由兩個(gè)階段完成：第一階段通過量子信道進(jìn)行量子通信，進(jìn)行密鑰的通信；第二階段在

2、經(jīng)典信道中進(jìn)行，主要負(fù)責(zé)密鑰的協(xié)商，探測竊聽者是否存在，然后確定最后的密鑰。量子密鑰協(xié)議的無條件安全性能主要建立在量子不可克隆定理和Heisenberg的測不準(zhǔn)原理兩大理論基礎(chǔ)上。 在自由空間量子密鑰分配中，單光子源采用具有泊松分布的高度衰減激光脈沖，量子密碼術(shù)協(xié)議采用BB84協(xié)議。通過引入量子信道傳輸率、單光子捕獲概率、測量因子和數(shù)據(jù)篩選因子，建立了量子誤碼率理論模型，給出了量子誤碼率的表達(dá)式。對于自由空間量子信道，引起量子誤

3、碼率的主要因素是光學(xué)元件、探測器暗噪聲和空間光學(xué)環(huán)境，并對這些因素進(jìn)行了分析。針對低軌衛(wèi)星一地面站間鏈路和地一地鏈路，進(jìn)行了量子誤碼率的數(shù)值仿真研究。結(jié)果表明，在低軌衛(wèi)星一地面站，地面站和地面站間進(jìn)行量子密鑰分配是可行的，限制自由空間量子密鑰分配鏈路距離的主要因素是探測器暗噪聲和空間光學(xué)環(huán)境。 在光纖信道中，運(yùn)用量子薛定諤方程，通過計(jì)算傳輸光場干涉強(qiáng)度，來分析光纖色散和損耗對量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)誤碼率的影響。在分析過程中，量子密碼術(shù)