量子安全直接通信及网络技术研究.pdf

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1、分类号学校代码学号200553181004410487密级博士学位论文量子安全直接通信及网络技术研究学位申请人:葛华学科专业:通信与信息系统指导教师:刘文予教授答辩日期:2014年05月25日 ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofPhilosophyinEngineeringResearchonQuantumSecureDirectCommunicationandNetworkTechnologyPh.DCandidate:GEHuaMajo

2、r:CommunicationandInformationSystem:Prof.LIUWenyuSupervisorHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan,Hubei,P.R.ChinaMay,2014 独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月

3、日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在_____年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日 华中科技大学博士学位论文摘要量子信息学是近年来迅速发展起来的以信息技术和量子力学基本原理为基础的新型交叉学科，量子力学中的不可克

4、隆定理和测不准原理保证了量子信息系统的绝对安全性，因此量子信息技术得到了广泛的关注。量子通信技术作为量子信息领域中最成熟、实用化程度最高的研究内容得到了飞速的发展。从第一个量子密钥分发协议BB84协议的提出，到量子密钥分发系统在实验环节得以成功实现，量子通信系统在理论和实验中均取得了较大的研究成果。量子安全直接通信系统作为量子通信系统的研究分支之一，具有无需产生量子密钥而直接、安全的传输保密信息的特点，近年来受到了人们的广泛关注。然而，目前量子直接通信系统的研究主要集中在对具体通信协议的设计中，所提出的通信协议均是基于理想通信环境，对该系统的实用化研究较为欠缺。本文以

5、提高量子直接安全通信系统工程化、实用化为主要目标，围绕量子安全直接通信系统的噪声问题和网络化问题从以下三个方面展开深入的研究工作。（1）分析了量子噪声对量子通信系统的影响，考虑量子安全直接通信系统对安全性的要求，将经典量子编码技术和量子系统相结合，提出一个基于无消相干子空间的量子安全直接通信系统模型。该模型能很好的克服由于集体相位消相干而引起的量子噪声问题，本文对其工作流程和安全性问题进行了详细讨论，解决了量子安全直接通信系统的噪声问题，提高了该系统的安全性。（2）在现有量子网络基本理论的基础上，结合量子中继器的基本概念，提出了一种基于量子中继器的量子直接通信网络系统

6、。首先针对点对点的量子直接通信系统引入量子中继器的概念，提出了基于诱骗态的双向量子态传输系统，在此基础上设计了通过量子中继器连接的双通信环量子安全直接通信网络结构，增加了量子安全直接通信系统的通信距离。讨论了多通信环的量子直接通信系统网络，较好的提高了系统灵活性和实用性。对所设计系统的安全性进行了分析，并将量子中继器作为网络节点进行了吞吐量的仿真分析工作。（3）对量子安全直接通信系统的复用问题进行了研究，提出了基于自由空间传输的量子安全直接通信系统空分复用的理论模型，对该模型的接收和发送部分进行了详细的设计，并对基本工作流程进行了分析讨论。讨论了传输信道是自由空间时信

7、道I 华中科技大学博士学位论文中的各种因素对传输系统性能的影响，增加了量子安全直接通信系统的通信容量和系统灵活性。关键词：量子安全直接通信；无消相干子空间；量子噪声；量子中继器；量子网络；量子复用技术II 华中科技大学博士学位论文AbstractQuantumInformationisayoungcrossdiscipline，whichisimprovedbasedonthebasicprincipleofinformationtechnologyandquantummechanics,andhasbeendevelopedrapidlyinrec