泊松大气通道上的NOMA量子密钥分发系统设计

"这篇研究论文探讨了一种在泊松大气通道上基于非正交多址接入（NOMA）的量子密钥分发系统。该系统利用NOMA技术改进了量子无线通信（QWC），以提高在自由空间场景中的安全密钥传输效率。文章提出了一种新颖的迭代多用户量子密钥分发（MQKD）NOMA系统，并针对大气衰减及量子直积操作，设计了接收端的MQKD并行干扰消除（PIC）方法。此外，还推导出了量子非线性泊松噪声受限的和-乘干扰消除算法。仿真结果证明了所提出的系统的性能优势。" 本文的核心知识点如下： 1. **量子无线通信（QWC）**：QWC是一种利用量子物理原理进行信息传输的技术，因其能提供无与伦比的安全性，尤其是在自由空间环境下的密钥分发，而备受关注。它利用量子态的不可克隆性和测量的不确定性，确保了通信的保密性。 2. **非正交多址接入（NOMA）**：NOMA是一种多用户接入技术，允许多个用户在同一时间和频率资源上共享信道，通过功率域的复用实现。在传统的正交多址接入（如TDMA、FDMA或CDMA）中，用户间必须保持正交，而在NOMA中，用户可以通过不同的功率水平同时传输，提高了频谱效率。 3. **泊松大气通道**：大气通道是指光信号在通过大气时会受到大气条件（如湍流、湿度、温度等）的影响，导致信号衰减。泊松模型通常用于描述大气衰减对光子传输的影响，尤其适用于随机性强的环境。 4. **多用户量子密钥分发（MQKD）**：MQKD是量子密钥分发的一种扩展，允许同时为多个用户提供密钥分发服务，利用NOMA技术来实现多用户的并发通信。 5. **并行干扰消除（PIC）**：在MQKD-NOMA系统中，由于多个用户共享信道，接收端需要采取策略来分离并解码各个用户的信号。PIC是一种处理多用户干扰的方法，通过并行地去除其他用户的信号，从而提取出每个用户的信息。 6. **量子非线性泊松噪声受限的和-乘干扰消除算法**：这是一种专门针对量子通信环境的干扰消除算法，考虑了量子系统的特性（如泊松噪声）以及非线性效应，以提高密钥分发的准确性和效率。 7. **仿真结果**：论文通过仿真验证了上述方法的有效性，结果显示该MQKD-NOMA系统在泊松大气通道下具有良好的性能表现，可能对未来的量子通信网络设计有重要指导意义。 这篇论文为在复杂大气条件下实现安全且高效的量子密钥分发提供了一种创新方法，通过结合NOMA技术和并行干扰消除策略，优化了多用户量子通信系统的性能。