基于BB84协议相位编码的量子密钥分发系统研究与实现-通信与信息系统专业论文.docx

西安电子科技大学硕士学位论文基于BB84协议相位编码的量子密钥分发系统研究与实现姓名:张忠理申请学位级别:硕士专业:通信与信息系统指导教师:朱畅华201201摘要摘要量子通信是近年来发展起来的新型通信技术,是量子理论和信息论相结合产生的新学科,它利用量子物理的基本特性来实现通信的无条件安全。量子密钥分发作为量子通信技术中最早实现商用化的分支十余年来已经引起广泛关注,并获得了快速发展。本文首先简要介绍了量子密钥分发的基本概念,背景知识,研究进展及相关的关键技术;其次,研究基于相位编码和BB84协议的量子密钥分发系统,,设计并实现了基于FPGA产生强度调制器和相位调制器控制脉冲的方案,,实现的电脉冲宽度小于lns,重复频率可达1GHz;第三,对相位编码QKD实验系统的稳定性进行分析,介绍了常用的相位漂移补偿方法,并给出了采用移相器PS进行主动相位补偿的方法;最后,对全文进行总结,并展望了下一步工作。.关键词:量子通信 量子密钥分发 BB84协议 munication,across-disciplinarydevelopedinthepastdecades,binesquantumtheory谢thinformationtheory,,,theconcept,background,,anexperimentsystemconsistsoftwounbalancedMath—,andachievedhigh-puterandFPGAbyPCI—,weanalyzethestabilityofphaseencodedQKDexperimentsystem,pensation,pensationusingPS(PhaseShifter).Finally,:municationQuantumKeyDistributionBB84protocol Phaseencoding第一章绪论第一章绪论始于上世纪六十年代的电子信息技术革命,深刻的改变着人们的生活和思考方式,将人们带入了信息时代。随着信息在人们的生活中发挥着越来越重要的作用,如何保障信息的安全性就显得至关重要,然而传统的密码通信并不能完全保证信息的安全性。与此同时,量子力学的发展却为信息安全打开了另外一扇门,在量子力学和信息科学的结合下,一门新的交叉学科——量子信息学应运而生i相对于传统的密码通信,基于量子密钥分发的量子保密通信系统的安全性基于量子力学的基本原理而不是数学计算的复杂性,利用海森堡不确定性原理【1】和未知量子态不可克隆原理【2】来发现窃听的存在,在理论上确保了信息的无条件安全性。,它是一个交叉学科,牵涉到量子力学、量子光学、信息论、光学技术、电子技术及通信技术等许多不同的学科。目前量子通信研究的主要内容有:量子保密通信、量子远程传态和量子密集编码等。其中基于量子密钥分发的量子保密通信是目前唯一能够实现无条件安全的通信方式,具有巨大的应用前景。本文所述内容主要讨论量子保密通信,在此进行着重介绍。保密通信的目的是让通信双方互相交流信息而不让非法第三者窃取或破坏信息的内容。最直接的办法是让通信双方先共享一串密钥,然后以此密钥对通信内容加密、解密,保密通信的关键就在于密钥K的生成。为了突出量子密钥分发的特点,在介绍量子保密通信之前,先简要介绍一下经典保密通信。经典保密通信一