Author Affiliations
Abstract
1 CAS Key Laboratory of Quantum Information, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China
2 Information and Navigation College, Air Force Engineering University, Xi’an 710077, China
Remarkable achievements have been witnessed in free-space quantum key distribution (QKD), which acts as an available approach to extend the transmission range of quantum communications. The feasibility of transmitting qubits through the free-space channel with the aid of moving platforms like satellites, aircraft, unmanned aerial vehicles (UAVs) has been verified. In view of the limited working time and resource consumption of the satellite-based QKD and the last-mile challenges of connecting satellite nodes with terrestrial networks, the airborne QKD is expected to provide flexible and relay links for the large-scale integrated network. This paper reviews the recent significant progress of QKD based on aircraft or UAVs, highlights their critical techniques, and prospects the future of airborne quantum communications.
quantum communication airborne quantum key distribution Chinese Optics Letters
2021, 19(12): 122702
1 空军工程大学信息与导航学院, 陕西 西安 710077
2 安徽问天量子科技股份有限公司, 安徽 芜湖 241000
随着点对点光纤量子密钥分发技术的成熟及其迅猛发展的商业化应用趋势, 将量子信号与经典数据复用在同一根光纤中以提高系统效率和节约光纤资源成为近几年的研究热点之一。通过实验验证了两种共信道传输方案的噪声成分, 仿真分析了噪声对量子密钥分发系统性能的影响, 并针对实验中存在的问题对噪声抑制方案进行评估分析, 为经典—量子信号共信道传输商业化发展提供了实验支撑。实验结果表明: 0 dBm发射功率下, 未进行噪声抑制的较远波段共信道传输系统密钥正向传输距离最远为 75 km，采用窄带滤波技术的同波段共信道传输系统密钥正向传输距离最远达到 164 km。该实验结果为未来在经典光网络中承载量子密钥分发系统提供了可行的共信道传输噪声抑制参考方案。
量子光学 量子密钥分发 波分复用 噪声抑制 窄带滤波 quantum optics quantum key distribution wavelength division multiplexing noise suppression narrow-band filtering
空军工程大学信息与导航学院, 陕西 西安 710077
近年来,如何消除量子通信中集体噪声的影响已成为一个亟待解决的问题。针对目前免疫集体噪声的量子密钥协商协议的量子比特效率偏低问题,分别提出了两个改进的免疫集体相位噪声和集体旋转噪声的量子密钥协商协议。这两个协议主要利用逻辑量子态、延迟测量技术、幺正操作和多粒子纠缠态的相关性,确保通信双方能够公平地建立一个共享密钥。协议的量子比特效率高达27.27%,有效改进了现有免疫集体噪声的量子密钥协商协议。
量子光学 量子通信 量子密钥协商 集体噪声 量子比特效率 激光与光电子学进展
2020, 57(17): 172703
针对输电线上穿刺线夹及螺栓易受光照、遮挡、环境背景、拍摄角度等因素影响,提出了一种基于改进Faster R-CNN的检测方法。对获取的数据采用翻转、平移、角度旋转等方式增强数据集;再对比不同数量训练集对模型的影响;由于螺栓体积很小,使用网络深度更深、运算量更小的深度残差网络(ResNet50)代替VGG-16(Visual Geometry Group 16)网络并对图像进行特征提取;分析不同模型和参数对识别精确度的影响。结果表明,改进Faster R-CNN模型的mAP值达到92.4%,与未改进的Faster R-CNN模型相比提高2.8个百分点。利用深度学习目标检测模型能更好地检测不同分辨率和不同位置角度的穿刺线夹及螺栓,该模型具有较高的工程实用价值。
图像处理 穿刺线夹 目标检测 改进Faster R-CNN 残差网络 激光与光电子学进展
2020, 57(8): 081008
1 空军工程大学信息与导航学院, 陕西 西安 710077
2 93575部队, 河北 承德 067000
针对复杂深空通信环境对X射线通信系统抗噪声性能的影响,提出一种基于正交振幅调制(QAM)的误码率优化模型。通过分析实际通信环境中的噪声来源,并结合现有的X射线通信链路模型,给出主要噪声来源的数学表达式;基于泊松分布模型,建立QAM方式下强度调制直接检测(IM/DD)系统中通信误码率的计算模型,并通过模拟仿真验证其有效性。仿真结果表明,该模型的误码率可降至10
-6量级,与现有的二进制启闭键控(OOK)和脉冲位置调制(PPM)方法相比,当接收到相同的光子数时,该模型所需发射的光子数更少,尤其是当通信系统处于噪声干扰强度极不稳定的环境中时,该模型更具优势。
X射线通信 正交振幅调制 功率方程 误码率 激光与光电子学进展
2019, 56(6): 063401
1 上海电力学院自动化工程学院, 上海 200090
2 国网绍兴供电公司, 浙江 绍兴 312000
针对自然环境中因摄像机抖动造成无法准确检测运动目标的问题, 提出一种结合分块灰度投影、背景差分与连续帧间差分法的运动目标检测算法。该算法通过将图像帧进行分块处理, 结合离散化决策机制去除灰度梯度变化低及存在局部运动的目标区域, 提高全局运动矢量估计精度。根据块区域灰度投影曲线进行互相关计算, 完成抖动序列校正。通过对校正后的序列帧提出使用背景差分与连续三帧差分法的融合策略处理, 增强运动目标区域。通过将融合差分图像平滑处理并使用Otsu法进行自适应阈值分割, 检测前景运动目标。用公共抖动视频序列实验, 并与不同算法对比验证后可得：该算法可以准确检测出摄像机抖动场景中运动目标, 保证较好检测效果的同时检测速度较快。
机器视觉 运动目标检测 灰度投影 抖动视频 背景差分法 帧间差分法 激光与光电子学进展
2018, 55(9): 091506
空军工程大学信息与导航学院, 陕西 西安 710077
提出并设计了一种基于波长-模式双复用的量子保密通信系统,介绍了波长-模式双复用的基本原理,使用Optisystem搭建了系统模型并进行了10次发送实验,获取并分析了信号的时域波形和频谱图,验证了传输过程中信号波长和线偏振模式的稳定性,实现了系统中基于双不等臂马赫-曾德尔干涉仪方案的量子密钥分发过程,获得了经典光信号的误比特率、眼图以及品质因数。结果表明,此量子保密通信系统能够融合两种复用方式的优势,扩大信道容量,提高信号间的隔离度和正交性,有效减小非线性效应和信号间串扰,较好地保护量子-经典信号同传过程中的量子信号,证明了该量子保密通信系统有效可行。
量子光学 量子通信 波分复用 模式复用 少模光纤 相位编码
空军工程大学信息与导航学院, 陕西 西安 710077
量子信号在大气信道中传输的可行性已经在多个实验中得到了证实。将量子通信终端搭载到移动平台被认为是量子通信实用化的重要发展之一, 可满足全球量子保密网络构建和**通信领域高保密性等需求。综述了量子密钥在地面与移动平台之间的分发所涉及的关键技术, 介绍了移动量子密钥分发技术目前的发展状况与难点, 并探讨了下一步实用化发展方向。
量子光学 量子密钥分发 移动平台 捕获跟踪瞄准系统 偏振补偿 激光与光电子学进展
2017, 54(12): 120004
空军工程大学信息与导航学院, 陕西 西安 710077
为了提高测量设备无关量子密钥分发(MDI-QKD)系统的整体性能,利用修正相干态光 源(MCS)可以优化光子数分布率的性质,设计了一种基于MCS的MDI-QKD系统。基于全局估计的 计算方法推导了密钥生成率与传输距离的关系,保证了在密性放大计算过程中单光子信息的充 分利用,得到较为精确的密钥率下限值。通过仿真分析将所提出的系统与基于预报单光子源(HSPS)的 MDI-QKD系统性能进行对比,结果表明MCS光源比HSPS光源的传输距离提高了9%,有效改善了系统性能。
量子光学 测量设备无关 全局估计 修正相干态光源 quantum optics measurement device independent global estimation modified coherent source
