基于偏振追踪的卫星量子密钥分配研究

卫星量子密钥分配是克服基于光纤密钥分发中距离限制的有效途径,偏振追踪技术是卫星量子密钥分配的关键技术。在光地面站和卫星之间的自由空间中进行量子密钥分配时,由于卫星的运动往往造成光子偏振态发生变化。为实现移动终端间基于偏振的量子密钥分配,本文提出基于偏振追踪机制量子密钥分配的通用参考框架,实现接收端在不需要有关发射端方向信息的前提下,仅通过检测标光信号即可判断收发方参照共同偏振基的向量。另外,本文还设计了采用上述框架的自由空间量子密钥分配原型系统。     

2021年中国十大科技成果盘点

一、我国成功构建了世界首个天地一体化的量子通信网络 1 月,中国科学技术大学潘建伟团队与中科院上海技术物理研究所等单位合作,构建了世界上首个天地一体化量子通信网络.量子密钥分发主要有光纤和自由空间两种实现方式.科研人员在量子保密通信"京沪干线"与"墨子号"量子卫星成功对接的基础上,构建了世界上首个集成700 多条地面光纤量子密钥分发(QKD)链路和两个卫星对地自由空间高速QKD 链路的广域量子通信网络,实现了星地一体的大范围、多用户量子密钥分发.     

基于纠缠交换的量子密钥分发

为了提高量子密钥分发的效率,提出了一种基于纠缠交换的密钥分配方案。该方案无需交换经典信息且不要进行任何酉操作,通信双方通过纠缠交换并利用贝尔测量即可生成密钥;除去少量用于检测量子信道安全的量子位,其余量子位都可以用来生成密钥,且每两对纠缠粒子就可以生成密钥的两个比特位。利用Stinespring Dilation定理证明了该方案的安全性并给出了效率分析。     

自由空间量子通信系统分析

自由空间量子通信系统容易受到各种自然条件的影响从而影响密钥生成率,而大气湍流随机性的特点是设计自由空间量子通信系统考虑的首要因素.根据大气传播理论,考虑湍流和衰减因素,建立了自由空间极化编码单光子源的传播模型,分析了大气湍流和量子密钥生成率间的关系;然后利用实际参数分析了不同湍流强度对量子密钥生成率的影响.分析结果表明...     

基于极化码的单步量子密钥分发后处理

量子密钥分发结合一次一密的加密方案可以在理论上保证通信的无条件安全性。然而,量子密钥后处理过程中的误码纠错和密性放大两个步骤引入了较高的处理延时,影响了最终安全密钥生成速率以及量子密钥分发系统的实用性。故此,本文提出一种基于极化码的单步高效量子密钥后处理算法,根据Wyner窃听信道模型分析合法通信双方以及窃听者的信道容量,设计可同时满足可靠性和安全性的极化码码字结构用于量子密钥分发后处理,从而实现在一次编译码步骤中同时完成误码纠错和密性放大,将两个处理步骤合二为一,降低了系统复杂度和处理延时。实验结果表明,在量子比特误码率[0,0.08]范围内,所提出算法可同时满足纠后误码率10-7的可靠性条件以及窃听信息量10-14的安全性条件,码长为220比特时,译码吞吐率可达3Mbps,采用并行算法的译码吞吐率可达86Mbps。     

高效量子密钥分发系统协议研究

本文详细比较了各类量子密钥分发系统协议的密钥生成效率,对目前提高量子密钥分发协议效率的方法进行了总结,并对利用单光子多比特量子态提高量子密钥分发系统效率的方法进行了分析和展望。     

传输距离对实际量子密钥分发系统的影响

基于BB84协议原理,搭建偏振编码的长距离点对点实际量子密钥分发实验系统.利用该实验平台完成了5,10,15km 3种不同传输距离的量子密钥分发实验,并对系统主要参数实时采集进行数据分析.实验结果表明:随着发送端与接收端量子光纤信道距离的增加,在统计时间内,系统分段成码率降低,信号态和诱骗态误码率上升,系统产生的密钥量降低.     

光纤信道压力对实际量子密钥分发误码率的影响

基于BB84协议原理, 构建压力环境下偏振编码的点对点实际量子密钥分发系统, 进行光纤信道压力作用下的量子密钥分发实验, 并采用半正定算子测量方法建立误码率分析模型. 实验结果表明： 相同作用力下, 误码率随作用角度的增加而增大, 与仿真结果相同; 相同作用角下, 误码率随作用力的增加呈平缓的震荡上升趋势, 但当作用力超过某一临界值时, 误码率会迅速提高, 逼近极限值, 迫使量子密钥分发系统重新建立连接.     

基于BB84协议的量子保密通信网络流量控制策略

采用基于时间片轮转原理的流量控制及数据分发策略,设计一种新的量子保密通信网络与经典网络相结合的组网技术方案,解决了量子保密通信网络量子网关密钥池容量小及密钥生成速率较慢的问题.利用该策略对三节点量子保密通信网络出接口进行流量监测,检测数据结果验证了该方案的有效性及可行性.     

基于BB84协议的量子保密通信网络流量控制策略

采用基于时间片轮转原理的流量控制及数据分发策略, 设计一种新的量子保密通信网络与经典网络相结合的组网技术方案, 解决了量子保密通信网络量子网关密钥池容量小及密钥生成速率较慢的问题. 利用该策略对三节点量子保密通信网络出接口进行流量监测, 检测数据结果验证了该方案的有效性及可行性.     

量子乘法器的设计及其实现方法

乘法器在数字信号处理和数字通信领域应用广泛,如何实现快速高效的乘法器关系着整个系统的运算速度。提出了一种新颖的量子乘法器设计方法,利用量子门设计一位量子全加器,并将n个一位量子全加器叠加在一起设计n位量子全加器,实现2个n位二进制数的加和;再利用2个控制非门设计置零电路,并使用置零电路设计量子右移算子;对二进制数乘法步骤进行改进,利用量子全加器和量子右移算子设计量子乘法器,同时设计实现此乘法器的量子线路。时间复杂度分析结果表明,本方法与目前最高效的量子乘法器具有相同的时间复杂度,并具有更简洁的实现方法。     

量子纠缠控制的核磁共振实验演示

量子纠缠在量子信息领域中有着极重要的应用,是当前人们研究的热门课题之一[1-2].量子纠缠控制是一种量子相干控制,即系统的量子力学进程在我们的控制之下,并使之产生期望的结果[3-4].我们在一个3量子位的核磁共振量子计算机实现了2个方面量子纠缠控制:纠缠互换与存储.我们使用赝纯态作为系统的初始状态.通过赝纯态,系统的微观性质可用宏观信号表述出来.     

同位素制备单片微机检测和控制系统

本文介绍了以8031单片微机为核心而组成的“同位素制备单片微机检测和控制系统”的硬件结构和软件的编制。 该系统由主机和两个分机组成。主机有键入、显示、打印、通讯、数据处理、时钟设定等功能;分机1具有八路八位A/D转换、一路八位D/A转换、三十路并行I/O口等检测、控制功能;分机2具有串行通讯、显示、打印等功能。     

I／O板在《计算机接口与控制》实训中的应用

介绍了高职学院《计算机接口与控制》课程改革的目的和意义。姑合目前工控技术中被广泛应用的控制技术。结合《计算机接口与控制》课程实训。介绍了宏拓PCI-7401I／O板的性能指标和使用方法。以及宏拓PCI-7401I／O板在计算机接口与控制系统中的应用和上位机程序的设计方法。     

高速线材飞剪的自动化控制

飞剪是高速线材生产中的关键性设备.介绍了飞剪在线材轧制工艺中的功能和自动控制原理.采用数字直流传动系统和数字位置自动控制系统完成飞剪对轧件的自动剪切.通过计算机的输入、输出信号实现飞剪的启动停止、飞剪速度的建立、剪切长度的控制以及飞剪运行状态的变换.最后介绍了飞剪剪切电流的特殊控制.     

金属切削微机数据采集与处理系统软件的研制

介绍了由 TP801 单板机和八位 A/D 板组成的切削力、切削温度数据采集与处理系统软件研究。应用该软件进行切削数据采集与处理,不仅速度快、精度高,而且操作十分简单。在切削时,单板机根据所输入的控制字进行相应地单因素、多因素信号采集与处理。在采集过程中,软件能自动判断是否开始切削、是否停止切削,自动进行采集和处理,并通过数码管显示,告诉操作者数据采集与处理的各个运行阶段。     

功能电刺激系统通信接口设计

介绍一个用于实验室功能电刺激系统的通信接口．它采用双端口ＲＡＭ来实现高档ＰＣ机和基于Ｖ４０微处理器的便携式刺激仪之间的通信，采集实验数据，传送控制命令、刺激模式表和程序等，有数据传送速率高、便于编程和用户界面友好等特点，已在美国克利夫兰退伍军人医院应用于截瘫病人人工走路的闭环控制研究     

基于量子安全的电力信息系统安全增强方法研究

电力系统是国家发展的重要基石,电力信息系统的安全必须得到保障。现有电力信息系统的安全主要基于RSA等加密算法,面临互联网算力提升和量子计算机的威胁。根据电力系统对信息安全的迫切需求,以及量子保密通信技术在信息安全领域中的无条件安全性,探索量子保密通信技术在电力信息系统中的应用。通过对作为互联网信息技术基础的标准SSL协议过程及其安全要素解析,设计了同互联网基础相容的量子安全增强方法——利用预置量子随机数(基于量子随机数发生设备、量子密钥分发网络)进行随机数源强化,在开源OPENSSL VPN平台上进行相应实验验证。实验结果表明,提出的利用量子随机数源进行量子化改造的方案能实现系统安全的根本性改善,同时不显著增加系统复杂度或系统开销,对电力信息系统安全实现增强。     

基于数字信号处理的声致发光层析成像扫描成像系统设计

基于数字信号处理（DSP）方案设计了一声电路板用于声致发光层析成像（SLT）的扫描成像系统。电路板设计上兼具高性能与灵活性，可独立实时地运行扫描成像的所有相关功能，包括超声信号的发射、光学信号的接收、机械驱动与定位、扫描策略的控制与图像的处理等。电路板也可通过串行协议将所得数据输给PC机进行成像算法的后处理研究。测试结果令人满意。     

随机采样原理在远程超宽带雷达信号采样中的应用

为实现超高速宽频带信号采样 ,研究了随机采样在宽频带雷达、数字存储示波器、频谱分析仪等现代仪器设计领域的应用方法。首次明确给出了等价采样与随机采样的定义 ,提出了随机采样原理应用于远程超宽带雷达信号采样系统的新思想 ,探索远程超宽带雷达的大时宽带宽积信号的一种新处理方法 ,在信息传送数据量允许的情况下 ,较传统的脉冲数据压缩方法简单且可靠。提出的原理实际应用于高速数字存储示波器系统设计中 ,以 2× 10 8s- 1 的 A - D转换器HI12 76达成了 2× 10 1 0 s- 1 的等价采样速率。