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文檔簡介
1、量子信息學(xué)近年來取得了巨大的發(fā)展,它是經(jīng)典信息學(xué)和量子力學(xué)相結(jié)合的學(xué)科。相比于經(jīng)典信息學(xué)其擁有更大的優(yōu)勢與前景,因而在各個(gè)領(lǐng)域被廣泛的關(guān)注和研究。
在量子信息學(xué)中,量子通信是發(fā)展最成熟、最接近實(shí)用化的通信方式。目前為止,基于光纖的量子通信已經(jīng)相對比較成熟并且應(yīng)用于實(shí)際中。但是由于信號于光纖中存在固有衰減,基于光纖的量子通信很難做到遠(yuǎn)距離量子通信,并且其受地理因素影響較大。因此為實(shí)現(xiàn)全球化的量子密鑰分發(fā)、完成遠(yuǎn)距離糾纏分發(fā)以及隱
2、形傳態(tài)實(shí)驗(yàn),實(shí)現(xiàn)星地量子通信是十分有必要的。
星地量子通信中星上控制單元是完成實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵部分之一,因此對其研究與實(shí)現(xiàn)是十分有意義的?;贔PGA的星上量子實(shí)驗(yàn)控制單元是本論文研究的主要內(nèi)容。在量子通信過程中,量子實(shí)驗(yàn)控制單元的主要任務(wù)是量子信號的發(fā)送控制、量子信號的時(shí)間探測以及相關(guān)科學(xué)數(shù)據(jù)的傳輸存儲等。其中量子信號的發(fā)送控制以及量子信號的時(shí)間探測是本課題的研究重點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)。量子通信中采用弱光作為信息載體,因此在大衰減的星地量子
3、信道中,接收端探測到信號個(gè)數(shù)較少,這將直接影響最終成碼。為提高量子通信的成碼率,必須增加單位時(shí)間內(nèi)信號探測的個(gè)數(shù),故提高發(fā)射頻率是量子通信的關(guān)鍵,在本課題中我們利用循環(huán)調(diào)制脈沖的方法提高發(fā)射頻率,實(shí)現(xiàn)了200 MHz的量子發(fā)射頻率。為探測高頻的發(fā)射信號并減小噪聲產(chǎn)生的影響,我們采用 FPGA進(jìn)位鏈實(shí)現(xiàn)高精度的時(shí)間測量,測量時(shí)間精度達(dá)到了50ps。量子實(shí)驗(yàn)控制單元由五個(gè)模塊組成,分別是高速脈沖調(diào)制模塊,主要完成量子信號的發(fā)送控制;時(shí)間測量
4、模塊,主要完成量子信號的時(shí)間測量;數(shù)據(jù)總線控制模塊和SDRAM控制模塊,主要完成科學(xué)數(shù)據(jù)的傳輸與存儲;以及完成各個(gè)模塊間的控制調(diào)度功能的指令解析與系統(tǒng)控制模塊。利用量子實(shí)驗(yàn)控制單元我們分別進(jìn)行量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn),量子糾纏分發(fā)實(shí)驗(yàn)和量子隱形傳態(tài)實(shí)驗(yàn)。在模擬衰減大于40dB的情況下成功完成了量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn),成碼率1.8kbps,誤碼率2.8%。在模擬衰減為76dB的情況下實(shí)現(xiàn)了雙向量子糾纏分發(fā)實(shí)驗(yàn),觀測到了Bell不等式破缺,Bell不等式
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