Active phase compensation of quantum key distribution system

Quantum key distribution （QKD） system must be robust enough in practical communication. Besides birefringence of fiber, system performance is notably affected by phase drift. The Faraday-Michelson QKD system can auto-compensate the birefringence of fiber, but phase shift is still a serious problem in its practical operation. In this paper, the major reason of phase drift and its effect on Faraday- Michelson QKD system is analyzed and an effective active phase compensation scheme is proposed. By this means, we demonstrate a quantum key distribution system which can stably run over 37-km fiber in practical working condition with the long-time averaged quantum bit error rate of 1.59% and the standard derivation of 0.46%. This result shows that the active phase compensation scheme is suitable to be used in practical QKD systems based on double asymmetric interferometers without additional devices and thermal controller.     

一种新的量子密钥分发、认证协议

为了提高量子密钥的分发效率,降低信道要求,并在密钥分发过程中实现身份认证,提出了一种新的量子密钥分发协议,在该协议中载波光子的发送与接收仅由一方完成.该协议只有一条量子信道,通过在量子信道的中段对光子进行偏振调制,可将欲传递的信息附加到光子上;同时,该协议通过通信双方的共享信息进行身份认证,避免了以往同类协议中不安全的经典信道.该协议属于偏振光类型的量子传输协议.当收发均由一方进行时,能有效地提高光子的利用效率,并增强安全性能.     

基于贝尔态的确定性量子密钥分配协议

提出了一种基于贝尔态的确定性量子密钥分配协议.它建立在纠缠量子系统的内部关联的基础上,双方通过共享纠缠量子系统和做单粒子量子测量建立起共享的密钥.与传统的只能生成随机字符串作为密钥的量子密钥分配协议不同,利用该协议,双方可以以任意指定的字符串作为共享的密钥.量子力学的定律保证了该协议的无条件安全性.除了单粒子量子测量之外,不需要做任何复杂的量子操作,因此它更容易实现,健壮性更好.     

通风机数据检测与处理

本文讨论了单板机的通风机数据检测与处理方法,给出了实际系统和测试结果并对测试结果作了分析。     

基于USB的量子密钥分发系统中高速数据通道的设计

提出了一种量子密钥分发(QKD,quantum key distribution)系统中高速数据通道的设计方案—基于通用串行总线(USB,universal serial bus)的数据通道。通过对QKD系统中经典信道数据带宽的分析,设计了USB数据通道方案,并通过USB的速度的测试给出合适的USB参数。实验表明,此数据通道可以适应光子发射频率为20 MHz的QKD系统,且在带宽方面有很大的余量,可以适应后续QKD系统速度提升的需求。     

基于诱骗态方法的量子密钥分发

诱骗态量子密钥分发方法成功地解决了光子数分离攻击的安全性漏洞,并且使得人们实现了长距离的量子密钥分发.回顾了量子密钥分发的发展过程,从BB84协议至三强度诱骗态方法的实现.并且详细叙述了如何通过输入参数来获得绝对安全密钥的成码率.     

Delayed error verification in quantum key distribution

Quantum key distribution （QKD） provides an unconditional secure key generation method between two distant legitimate parties Alice and Bob based on the fundamental properties of quantum mechanics, in the presence of an eavesdropper Eve. Since key reconciliation cannot always assure that the reconciled keys between Alice and Bob are identical, error verification is an important step in QKD. In this paper, we propose a scheme of delayed error verification using extra keys gained by privacy amplification with an arbitrarily small failure probability. The proposed scheme simplifies the postprocessing procedure in QKD, which can be applied in practical QKD systems.     

Applying Gaussian quantum discord to quantum key distribution

In this paper, we theoretically prove that the Gaussian quantum discord state of optical field can be used to complete continuous variable （CV） quantum key distri- bution （QKD）. The calculation shows that secret key can be distilled with a Gaussian quantum discord state against entangling cloner attack. Secret key rate is increased with the increasing of quantum discord for CV QKD with the Gaussian quantum discord state. Although the calculated results point out that secret key rate using the Gaussian quantum discord state is lower than that using squeezed state and coherent state at the same energy level, we demonstrate that the Gaussian quantum discord, which only involving quantum correlation without the existence of entanglement, may provide a new resource for realizing CV QKD.     

Superconducting nanowire single-photon detection system and demonstration in quantum key distribution

We developed a superconducting nanowire single-photon detection(SNSPD) system based on Gifford-McMahon cryocooler for quantum communication applications.Environmental factors which may influence the system performance are intensively studied.Those factors include temperature fluctuations,the ambient magnetic field and the background radiation.By optimizing the bias circuit,the stability of SNSPD system to electrical noise and disturbance was effectively enhanced,thus making it more suitable for field application.A 4-channel SNSPD system with quantum efficiency higher than 4% at the dark count rate of 10 Hz for λ=1550 nm is integrated and applied into a quantum key distribution(QKD) experiment.QKD was successfully carried out over 100 km optical fiber with the final secure key rate of 1.6 kbps and the quantum bit error rate of less than 2%.     

量子通信中的量子加密网络

对量子密钥分发协议进行了研究，利用点－点量子密钥分发协议的基础上，基于传统密钥托管方案，推广到多点之间（即在网络环境下）的密钥分发协议，提出了多用户、多控制中心网络环境下量子密钥分发过程的实现方法。各中心节点只起到密钥存储、Bell基联合测量、对密钥进行接力传送的作用，密钥是动态产生的，各中心并不知道最终生成的密钥。     

量子力学相位问题研究进展

综述量子力学相位问题的背景、产生及进展.最初由Berry提出的适用于线性系统绝热演化的Berry相位受到了局限,在实际应用中,Berry相位被推广到非绝热演化(AA相)、非循环过程(非对角几何相)及非线性系统(一般量子态的几何相位).指出对于非线性系统非对角几何相的研究是个新的研究课题,并对其研究前景进行展望.     

基于纠缠交换的第三方密钥分配

为了提高量子密钥分配协议的安全性,采用量子纠缠交换中一个有趣的规律,实现了基于纠缠交换的第三方密钥分配协议.在基于认证的基础上,能有效抵抗TC不诚实引起的安全问题,具有较高的传输效率.     

CO-OFDM系统中的相位噪声补偿算法

为了提高相干光正交频分复用（coherent optical orthogonal frequency division multiplexing,CO-OFDM）系统的性能,针对系统中产生的相位噪声,例如公共相位误差（common phase error,CPE）噪声与子载波间干扰（inter-carrier interference,ICI）,提出了一种新的CO-OFDM系统中相位噪声补偿算法,该算法是基于循环前缀（cyclic prefix,CP）插值算法与容积卡尔曼滤波（cubature Kalman filter,CKF）结合的相位噪声补偿算法。在第一阶利用CP进行线性插值,消除了公共相位误差（common phase error,CPE）噪声,对一阶补偿后的信号进行预判决,通过划分次符号,消除了部分载波间干扰（inter-carrier interference,ICI）,利用CKF对信号残余的相位噪声进行处理,经过两阶补偿,有效地抑制相位噪声。仿真结果表明,所提出的算法能有效降低相位噪声对系统的影响,在线宽较大时能改善CO-OFDM系统对激光器线宽的容忍度,降低错误平层,有效提高系统的性能。     

一种改进的静止无功补偿系统设计

以静止无功发生器工作原理为基础,在d-q坐标系下结合对称分量法思想分别对系统a相电压的正、负序分量进行锁相,进而求解出负载电流在正、负相序下的有功及无功电流值,避免了传统锁相环技术下由于三相电压不对称所造成的锁相角度误差问题;采用积分滤波法来代替传统的低通滤波方式进行直流信号提取,当系统三相不对称时,首先需要对各相电流逐一化简,然后进行积分滤波处理,降低了系统的固有延时。最后,按照上述改进方案在MATLAB环境下搭建无功补偿系统仿真模型,通过对基波电流提取实验的分析及无功补偿效果实验验证得出:改进的静止无功补偿系统能够完成对无功电流实时检测,系统检测延时时间小于0.02s,较传统检测模型延迟时间下降60%;当系统加入静止无功补偿电路后,其功率因数可在一个电源周期内提高到95%以上。     

相位法激光测距系统

为了提高测量精度,论述了相位法激光测距的原理和提高测量精度的方法.着重对频率产生电路、差频测相和数字鉴相电路进行了比较深入的分析与讨论.从理论上论证了差频测相的原理,举例说明了数字鉴相对测量精度的影响.最后针对频率漂移、相位测量等原因引起的测量误差,提出了相应的解决措施,提高了系统的测量精度和稳定性.     

具有四自旋交换作用的自旋梯子模型中二聚化相

利用玻色化方法和重整化群技术, 研究了一个具有四自旋交换作用以及链间次近邻阻挫相互作用的自旋梯子模型的相图。在考虑了量子涨落效应以后, 发现体系的相图变得非常复杂。除了存在所谓Haldane相和Rung-Singlet相以及它们之间的SD型二聚化(staggered dimerized)相之外, 亦可能出现一个新的CD型二聚化 (columnar dimerized)相。     

基于级联滤波锁相环的电网信号同步方法

针对电网故障条件下，传统SRF-PLL在进行电网信号同步时存在频率和相位信号检测误差较大的问题，提出了一种基于级联滤波锁相环的电网信号同步方法.在QT1-PLL中，利用级联滤波结构改善系统的滤波性能，并使系统的响应速度得到提升.在锁相环路内增加相位和幅值补偿环节以消除电网频率偏移对锁相结果的影响.仿真和实验结果表明:在电压信号发生20°的相位跳变和4Hz的频率跳变时，可以在1.5个电网周期内实现对频率和相位的准确检测；频率和相位超调量分别为0.5Hz和4°时，满足并网系统快速准确的要求，验证了所提理论的正确性和有效性.     

数字调频及数字伺服在铷频标中的应用

介绍了铷原子频标的基本原理及现状 ,提出了采用数字锁相调频电路代替原变容二极管调相电路实现对量子系统激励信号频率调制的方案 ,以及采用数字伺服电路代替原模拟纠偏电路的措施 ,可消除电子线路上的不完善给铷原子频标带来的温度系数和不稳定性     

自由空间量子密钥分发中信号发生与处理方案

针对自由空间量子密钥分发系统中的随机信号发生及数据采集这一难题,提出了一种利用在LabVIEW环境下开发的虚拟仪器程序来控制数字I/O板卡的解决方案.发送端利用程序控制高速数字输入/输出板卡,产生随机信号用于实现光子路径的随机选择.接收端采用缓冲周期测量的计数方式,采用两个计数器记录两路随机信号的信息,通过程序来完成对计数器板卡的控制,将采集到的数据保存在两个本地文件中,以用于后续的数据处理分析.本方案具有易于开发和调试、维护方便、应用灵活、成本低等优点,已经成功用于基于B92协议的自由空间量子密钥分发系统中.     

直线电机伺服系统模糊零相差跟踪控制

零相差跟踪控制方法可以提高伺服系统跟踪性能,但仍存在鲁棒性不强和增益误差的问题.对此提出误差增益补偿算法以减小增益误差,并进一步用模糊补偿替代增益补偿以提高系统的鲁棒性.数字仿真结果表明,新方法具有简单、实用的特点,可以有效地提高伺服系统的跟踪精确性和鲁棒稳定性.