偏振模色散对量子密钥分发影响与解决方案
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更新于2024-08-13
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"偏振模色散对量子密钥分发影响分析 (2008年),作者:韩宝彬、裴昌幸、陈南、易运晖,发表于《西安电子科技大学综合业务网理论及关键技术国家重点实验室》"
本文主要探讨了偏振模色散(PMD)对量子密钥分发(Quantum Key Distribution, QKD)系统性能的影响以及如何通过创新技术减小这一影响。偏振模色散是光纤通信中的一个关键问题,当光脉冲在光纤中传播时,由于不同偏振态的光速度差异,会导致偏振态发生随机变化,这对依赖光子偏振状态的量子密钥分发系统来说是个重大挑战。
QKD是一种基于量子力学原理的安全通信方式,例如BB84协议,它利用光子的两个正交偏振态来编码信息,然后通过光纤传输。当受到PMD影响时,接收端接收到的光子偏振态可能与发送端不一致,导致误码率上升,从而影响密钥的安全性和可靠性。
为了解决这个问题,论文提出了将双平衡探测结构应用到BB84协议中。双平衡探测器由Wollaston棱镜构成,可以同时检测两个正交偏振态,通过双路输出来消除探测器自身的误差,提高测量的精度。这种方法使得偏振角旋转的分辨率达到了0.1°,极大地降低了由于PMD引起的误码率。
通过建立基于半正定算子值的误码率模型,论文展示了新方法在实际应用中的优势。计算结果显示,采用该方法后,误码率可以降低到3.05×10-6,这是一个显著的改进,意味着QKD系统的安全性得到了显著提升。
这项工作不仅揭示了PMD对QKD的影响,还提出了一种有效的补偿策略,为实际部署长距离的量子通信网络提供了理论支持。此外,它也强调了在量子通信领域中,对物理效应的理解和克服是实现高效、安全通信的关键。
关键词:量子通信;量子密钥分发;偏振模色散;Wollaston棱镜;BB84协议
中图分类号:TN913.3 文献标识码:A 文章编号:1001-2400(2008)05-0830-04
此研究得到了国家自然科学基金(60572147)和陕西省科技攻关计划(2006K04-G33)的资助。
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