连续变量量子密钥分发控制系统的研究

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随着社会和科技的发展,信息的安全性受到人们的广泛关注,在未来的国防、金融等领域,信息安全的重要性尤为凸显。传统的加密方式主要是基于计算的复杂性,如基于大数素数分解困难性的RSA算法,但是其无条件安全性并没有被证明,而且在经典的信道中容易被窃听而没有察觉。量子密钥分发(Quantum Key Distribution)是近年发展起来的一门新兴学科,它可以提供无条件安全的密钥,对窃听是可以检测到的,在军事和商业领域拥有巨大的应用前景,其一经提出就很快受到人们的重视,世界各主要国家的政府相继投入大量资源进行探索研究。目前量子密钥分发有多种传输协议,它们的其安全性在不断地被证明和完善,相信未来的时间里,量子密钥分发将变得越来越成熟。连续变量量子密钥分发(CVQKD)所需光源简单,探测器效率高,并且和现有的光纤通信系统可以很好地兼容,引起了人们的广泛关注和研究兴趣,本文在介绍CVQKD基本知识的基础上,对影响全光纤远程CVQKD系统长期稳定运转的关键问题进行了实验和理论研究,主要内容包括:1.CVQKD系统中使用的振幅调制器是铌酸锂-马赫曾德尔调制器,这种调制器被广泛的使用于光纤通信中,但是其偏置工作点会随着时间、外界温度、振动等因素而变化,我们提出了一种铌酸锂-马赫曾德尔调制器偏置工作点的控制方法,这种方法锁定精度高,不需要加入扰动信号,可以很好地应用于连续变量量子密钥分发系统。2.由于温度,热应力,机械应力,振动等影响,携带量子密钥信息的信号光场及相应的本地光场经过长距离单模光纤后偏振态会不可避免的发生改变,我们利用改进的模拟退火算法作为反馈控制算法,基于动态偏振控制器实现了光场偏振态的精确控制,实验结果表明偏振消光比可以达到25dB以上。3.实际中绝对的50/50的光纤耦合器并不存在,而且光纤耦合器的耦合分束比随着环境温度的变化会相应的发生改变,同时光电二极管的量子效率也不可能完全相同;上述因素会造成全光纤时域脉冲平衡零拍探测器的两臂不能保持精确平衡和长期稳定,我们采用了基于弯曲光纤原理的自制衰减器使得探测器的两臂能精确平衡,进一步对光纤耦合器采取控温措施以消除温度变化对平衡零拍探测器的不利影响,提高了全光纤时域脉冲平衡零拍探测器的长期稳定性。
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