降雨背景下量子定位系统中最优平均光子数自适应策略

量子定位系统（QPS）是一种高精度且安全的定位系统,光子数的变化会对定位误差和安全性造成很大影响。为了降低降雨天气下系统的定位误差并提高系统的安全性能,基于诱骗态量子密钥分配协议和最优平均光子数自适应（PNA）算法,提出了抵抗降雨干扰的QPS诱骗态自适应调整策略。建立了降雨强度、传输距离与最优平均光子数间的自适应关系,对自适应调整前后的定位误差和安全密钥生成率进行了对比。仿真结果表明,当降雨强度为10 mm/h,传输距离为10 km时,采用PNA算法后,系统定位误差由13.81 cm减小到1.13 cm;当降雨强度为1.47 mm/h,传输距离为25 km时,采用PNA算法后,系统的安全密钥生成率由5.5×10^-4提高到6.3×10^-4。由此可见,通过自适应调整系统每脉冲所含平均光子数,可以提高QPS在降雨天气下的可靠性。     

仿雁群阵列量子空中通信组网构建策略

量子卫星通信是量子通信领域的研究热点和前沿,具有覆盖面广、通信效率高和安全性强的特点.量子通信组网的构建策略是量子通信的重要组成部分,然而,有关量子空中通信组网构建策略的研究,迄今尚未展开.本文采用仿生学原理,根据雁群空中飞行阵列的特点,提出了一种仿雁群Λ型量子空中通信组网拓扑结构,该结构可分为单头节点Λ型和多头节点Λ型.基于Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ)态的可认证QSDC网间通信系统和GHZ-EPR (Einstein-Podolsky-Rosen)量子卫星组网隐形传态通信系统,对该Λ型量子空中通信组网结构的误码率、能耗、吞吐率等参数进行了研究.理论分析和仿真结果表明,仿雁群单头节点Λ型组网结构,在噪声平均功率谱密度为2 dB/m的环境中,当网中头节点与子节点的通信距离小于400 m时,误码率小于0.094;若头节点与子节点的通信距离由400 m增大到1000 m时,误码率增长较快,达到0.585;当单侧子节点数由2增加到7时,吞吐率由110.6 kb/s下降到46.45 kb/s.以总节点数21为例,单头节点Λ型组网结构可节省32.6%的能量,吞...     

基于保真度的量子信令最佳帧长算法

为了解决量子信令的最佳帧长问题,本文提出了一种基于保真度的量子信令最佳帧长的算法.根据量子信令收发模型,定义了一个由若干量子态组成的量子信令的联合保真度,并通过计算链路的有效利用率而得出最佳帧长的算法.仿真结果与理论分析完全相符,从而表明本文提出的最佳帧长算法稳定、易行,可以应用到复杂多变的实际环境中.     

一种应用于量子数据压缩的幺正变换生成方法

提出了一种两类正交基矢按照特定要求相互转换的幺正变换生成方法. 特定要求为第一类基矢中特定的四种典型基矢经幺正变换后, 第三个量子比特特定为|0>, 而四种非典型基矢经幺正变换后, 第三个量子比特为|1>. 将该幺正变换应用于量子数据压缩, 准确度达到0.942. 该方法的提出为量子压缩和解压缩的实现提供了基础, 对于其他要求特定对应关系的幺正变换的生成具有借鉴意义. 关键词： 幺正变换 正交基矢 特定要求 量子压缩     

宇宙微波背景辐射对量子卫星信道性能及纠缠储备量的影响

2016年8月16日1时40分,我国长征二号运载火箭成功将世界首颗量子科学实验卫星"墨子号"发射升空。然而,有关宇宙微波背景辐射(Cosmic Microwave Background radiation,简称CMB)对量子卫星信道通信性能及纠缠储备量影响的研究,至今尚未展开。为此,本文根据CMB辐射谱与黑体辐射谱完美的拟合特性和小尺度范围内的各向异性,得到CMB绝对温度、辐射波长和黑体辐出度的关系。针对幅值阻尼信道,建立了CMB绝对温度、黑体辐出度、辐射波长、信道平均保真度和纠缠度之间的定量关系。仿真结果表明,当CMB绝对温度为2.7K和3.0K时,黑体辐出度分别为0.03 W·μm和3.72 W·μm,量子卫星信道的平均保真度和纠缠度分别为0.64、0.43和0.41、0.12。由此可见,CMB对量子卫星信道通信性能的影响极大。因此,在实际的量子卫星通信系统中,应根据不同的CMB绝对温度,自适应调节算符纠缠的幺正操作,改变信道的纠缠储备量,使信道纠缠度维持在相对稳定的状态,降低CMB对卫星信道通信性能的影响。     

空间尘埃等离子体对量子卫星通信性能的影响

为了研究尘埃等离子体中带电尘埃的粒子半径、粒子浓度和带电荷数对量子通信性能的影响,首先根据Mie散射理论得到单个带电尘埃粒子的光散射截面;然后通过粒子浓度求出总的消光截面,得出链路衰减的数学模型,提出了带电粒子特性与量子纠缠度的关系;针对退极化信道,当单个尘埃粒子所吸附带电粒子的个数为50时,给出了尘埃粒子半径、粒子浓度与信道容量和量子误码率的定量关系.仿真结果表明,当量子信号的传输距离为10km时,尘埃粒子浓度从1×10~(10) m~(-3)增加到10×10~(10) m~(-3),信道容量从0.6726降低到0.1075;尘埃粒子半径从0.1μm增加到10μm时,量子误码率由1.334×10~(-3)增加到5.309×10~(-3).由此可见,尘埃等离子体中带电尘埃粒子的半径和浓度对量子卫星通信性能有显著的影响.因此,为确保量子通信的可靠性,应根据所探测到的等离子体环境的状况,调整卫星通信系统的各项指标参数.     

The Time Division Multi-Channel Communication Model and the Correlative Protocol Based on Quantum Time Division Multi-Channel Communication

Based on the classical time division multi-channel communication theory, we present a scheme of quantum time- division multi-channel communication （QTDMC）. Moreover, the model of quantum time division switch （QTDS） and correlative protocol of QTDMC are proposed. The quantum bit error rate （QBER） is analyzed and the QBER simulation test is performed. The scheme shows that the QTDS can carry out multi-user communication through quantum channel, the QBER can also reach the reliability requirement of communication, and the protocol of QTDMC has high practicability and transplantable. The scheme of QTDS may play an important role in the establishment of quantum communication in a large scale in the future.     

多粒子纠缠态QTDM通信方案及QMU协议

分析了未知的三个三态粒子纠缠态的隐形传送过程,结合纠缠源的特性,提出了量子信道时分复用方案.同时还提出了一种可传送多粒子纠缠态的量子时分多路通信方案和量子多用户协议.研究结果表明,该方案与采用BB84协议的量子通信系统相比,不仅能够实现量子多用户安全保密通信,而且误码率低.     

低轨道量子卫星通信星上交换算法及仿真

量子卫星通信能够解决量子移动通信在航海、航空领域中对于远距离和大范围的需求,而星上交换是量子卫星通信的关键技术之一.本文以低轨道量子卫星通信星上交换为研究对象,提出了一种新的星上交换算法—终端测距法.利用该算法测得终端到相邻小区中心的距离,并将测得的数据上传给当前服务卫星系统,再由卫星系统通过比较距离大小决定终端是否切换.数学分析和仿真结果表明,该算法可靠性高、操作方便,能够在各卫星之间实现平稳切换.     

基于恶意攻击的多用户量子信令损伤模型及诱骗态修复策略

本文提出了一个多用户量子信令传输系统,并详细阐述了信令在信道中的传输过程.研究了传输过程中信令受到第三方恶意攻击的损伤模型,并将诱骗态的思想引入量子信令安全的直接通信中,分析了采用不同光强来发送光脉冲,以克服光子数分裂攻击的问题,从而提高了信令传输的安全性.仿真结果表明,本文所提出的对多用户信令攻击的修复策略可有效地检测到光子数分裂数攻击,并增加了安全传输距离,从而保证信令传输过程安全有效的进行.