考虑到少模光纤单模工作时具有低非线性以及损耗、色散保持特性, 提出基于少模光纤单模工作的量子-经典信号同传方案.使用Optisystem构建了基于少模光纤单模工作的量子-经典信号同传模型, 分析了其传输性能, 并与现有的基于单模光纤的量子-经典信号同传模型进行了对比.结果表明所提模型可以有效降低现有模型中的非线性效应和信号串扰, 将误比特率降低了两个数量级, 显著提高了信号的传输质量, 可用于量子保密通信大规模网络化.

为了研究大气湍流对自由空间量子密钥分发的性能影响, 将大气湍流建模为空间中随机分布的空气球泡, 利用几何光学原理分析单光子在湍流球泡中的传播, 定量计算了经过两次折射后由于偏振态变化造成的光子透射率比值k和误码率Ep的起伏, 利用蒙特卡洛方法模拟了湍流折射率随机变化时二者的趋势; 最后推导了经过湍流折射后的诱骗态空间量子密钥分发成码率公式并通过分析误码来源得到满足成码率需要的k值上限, 建立偏振误码率与入射角和湍流折射率的关系并得到Ep的安全阈值.仿真结果表明当入射角在44.8°~76.5°, 湍流折射率在1~1.33范围内可以满足误码率的上限约束.该研究为湍流条件下进行空间量子通信实验提供了理论参考.

经典-量子共信道同传是量子保密通信的关键应用技术之一,能够解决量子信息与经典信息需不同 光纤分别传输的难点,显著降低应用成本。针对基于波分复用技术的连续变量量子密钥与经典信息同传方 案,定量分析了系统拉曼散射噪声特性,在前向和后向两种不同经典信息传输模式下,仿真对比研究了拉 曼散射噪声对系统安全密钥率的影响。结果表明:经典信息采用前向传输模式时系统安全密钥率明显大于 后向传输模式;在固定信道输入功率时,短距离通信时拉曼散射噪声对安全密钥率的影响较小,随距离增 长,拉曼噪声影响不可忽略;固定通信距离时,一定数值范围内的额外噪声对系统的安全密钥率影响较小, 通信距离为50 km时,此数值为0.07N0。

分析了密集波分复用下的经典-量子信息共信道同传系统噪声特性,提出基于预报单光 子源的经典-量子信息共信道同传方案。与传统的弱相干光源相比,其可以更精确地控制APD探测门限, 进而实现时域滤波减少信道噪声干扰;并且可以通过控制探测器开启时间,有效避免空光子发送时的 信道噪声及探测器暗计数影响。仿真结果表明,本方案提出的同传系统可有效抑制噪声干扰,与弱相干 光源方案相比于更远距离达到误码率阈值,提升了安全通信距离,可作为远距离量子密钥通信共信道同传参考方案。

差分相移系统有成钥率高,编码速率快,抗干扰性能强,传输距离大等特点。 在分析普克尔斯效应的基础上,提出基于差分相移系统的混合编码设计方案,该方案中发 送端通过运用普克尔斯效应进行偏振、相位、时间的混合编码,接收端利用相位干涉和测量 时间的控制进行解码。与传统差分相移编码系统分析比较,增加了差分相位编码的相关性,有效 提升了差分相位编码的实际安全性,进一步提高了量子密钥的成钥率。

经典-量子信息共信道同传是光纤量子密钥通信中的关键应用技术。为解决同传系统在复杂的背景噪声环境下的传输效率问题, 通过剖析基于DWDM的共信道同传系统中典型噪声干扰因素, 对该系统中DWDM信道串扰及自发拉曼散射噪声建立模型, 仿真计算不同光纤长度及不同波长信道下噪声干扰对系统的影响。分析结果表明, 在初始功率恒定的情况下, 系统噪声不会随光纤长度增加而无限积累, 而是趋于恒定数值；而在接收功率恒定的情况下, 系统噪声随光纤长度增加不断增长。从信道的波长角度看, 处于低噪声环境的经典与量子信道波长符合密集波分复用要求。根据ITU-T建议下的DWDM信道间隔, 在经典-量子信道波长间距为1.6 nm时, 系统性能最佳, 该仿真结果与经典实验的结论相吻合。