连续变量量子通信中的高斯调制
资料包括： 论文(11页4216字)
说明：
摘要：在连续变量量子通信，特别在连续变量量子保密通信中，高斯信源是一个重要的组成部分，它与通信系统的效率、安全性等核心问题有着紧密的联系。利用Shannon信息理论模型，本文研究了高斯信源对量子通信信道容量、量子保密通信安全性等问题的影响，给出了这些重要参数对高斯信源参数的依赖性，并给出了量子保密通信系统的安全性条件。在此基础上提出了一种高斯调制的实验实现方案，利用FPGA成功实现了连续变量量子信号的高斯调制。
关键词：连续变量量子通信，高斯调制，零差检测，相干态
Gaussian-Modulation in Continuous-Variable Quantum Communication
Abstract: The generation of Gaussian source is one of the key elements in continuous-variable quantum communication, especially in continuous-variable quantum cryptography communication, which is closely associated with the core problems of a communication system, such as efficiency and security, etc. Using Shannon’s information-theory model, in this paper, we studied Gaussian source’s effect to channel capacity and security of quantum cryptography communication, we then gave these parameters’ dependence on Gaussian source’s parameters and the security condition of quantum cryptography communication. Based on all those theoretical analysis, we proposed an experimental method to implement Gaussian-modulation, and used FPGA to generate Gaussian source experimentally.
Key words: Continuous-variable quantum cryptography communication, Gaussian-modulation, Homodyne detection, Coherent state
1引言：
以密码学和量子力学为基础、利用物理学方法实现的量子密码[1-2]，由于其安全性与对窃听的可检测性，具有良好的安全性能和应用前景。
连续变量量子密码[3-6]利用高斯态（相干态和压缩态）作为信号载波，采用光场的正则振幅和正则相位作为信号载波的可观测物理量，通过振幅调制和相位调制把信号加载到量子载波上，在检测端采用平衡零差探测系统，相对于基于单光子技术的离散变量量子密码，设备简单，信道容量高。
相干态是最接近经典态的量子态，采用相干态作为量子信号载体的方案不需要光场的非经典性质（如压缩和纠缠等），实验上容易实现。与压缩态相比，虽然，在所描述的协议下，使用相干光与使用压缩光就安全判据而言是完全相同的，但是，产生压缩光比产生相干光困难，且在远距离的传输中保持其压缩性更难。与纠缠态相比，虽然，就理论而言，基于纠缠态的QKD比基于相干态QKD具有更高的信道容量，但是，当前纠缠光的制备多数基于压缩光，比产生相干光复杂的多。因此，相干态是连续变量量子密钥分发的一种较为实用的载体。
对于相干态量子通信，当信道是加性高斯白噪声信道时，发送者采用高斯调制，可使系统对窃听的检测更灵敏，同时可使通信双方之间的互信息量达到通信双方的信道容量，所以研究高斯调制相干态量子通信方案具有重要的意义，而如何制备高速高斯信源是制约高斯调制相干态量子通信方案的关键因素。
1引言
2 高斯调制对量子通信性能的影响
3 调制机制分析
4 技术实现
5结论
参考文献：
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作者点评：
本文首先研究了高斯信源对量子通信信道容量、安全性等问题的影响，给出了这些参数对高斯信源参数的依赖性，并给出了量子保密通信系统的安全性条件，而后基于量子安全通信的试验平台，采用BOX-MULLER方法，利用FPGA生成高速的高斯随机数，结合所开发的驱动电路，实现了高斯调制。