量子通信中的若干實驗研究.pdf

1、量子信息學是信息科學和量子力學相結合而形成的新興交叉學科。量子通信是量子信息學的一個重要分支，在提高運算速度，確保信息安全，增大信息容量和提高檢測精度等方面可以突破經典信息系統(tǒng)的極限。 本文研究的內容主要分為兩個部分，一部分為量子壓縮態(tài)光場的產生與探測實驗，另一部分為連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)實驗。 首先，介紹壓縮態(tài)光場的基本理論和進展。基于光場的量子理論，推導了量子理論下光場的表示方法。從量子態(tài)光場中最基本的狀態(tài)——相干態(tài)出

2、發(fā)，研究了其量子噪聲起伏的特性，進而根據(jù)Heisenberg測不準關系，研究了壓縮態(tài)光場的特性，即光場的兩個正交分量中一個分量的測不準量低于測不準關系的極限值，另一個與之不對易的分量則高于極限值，但二者測不準量的乘積大于或等于測不準關系的極限值。即壓縮光場的一個分量的漲落被壓縮到真空漲落之下，而另一個與之共軛的分量的漲落高于真空漲落。最后，對壓縮態(tài)光場相關的理論、實驗研究進展進行了總結。 基于對壓縮態(tài)光場的理論研究，設計了一種產

3、生和探測光孤子振幅壓縮態(tài)的實驗方案。首先研究了光信號的探測理論，根據(jù)壓縮態(tài)光場的特性，設計了一種可以用于壓縮態(tài)光場探測實驗系統(tǒng)中的光電探測器。經測量，光電探測器電路的3dB帶寬可達到10MHz，噪聲等效功率約為6pW/Hz1/2，飽和功率約為19mW，在帶寬、暗電流噪聲、動態(tài)范圍等方面都可以滿足量子壓縮態(tài)光場探測的要求。 研究了一種產生與探測壓縮態(tài)光場的實驗方案，利用具有高度不對稱分束比的光纖耦合器和不同長度、不同結構的光纖構成

4、Sagnac環(huán)，通過平衡零差探測系統(tǒng)探測，得到光場的噪聲低于散粒噪聲極限，獲得了最大程度近5dB的壓縮態(tài)光場。由于整個壓縮態(tài)產生的實驗裝置均為全光纖結構，與在空氣中實現(xiàn)壓縮態(tài)的系統(tǒng)相比，更便于集成化和實用化。 最后，介紹了量子密鑰分發(fā)的基本原理，重點分析了用于量子密鑰分發(fā)的BB84協(xié)議?；贐B84協(xié)議，研究了一種連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)實驗系統(tǒng)。重點研究了用于實驗系統(tǒng)中測量部分的平衡零差探測系統(tǒng)。根據(jù)連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)實驗中，信