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论文以“量子保密通信系统相位调制器半波电压测量置信度研究”为题,系统研究基于单光子水平扫描测量相位调制器半波电压方法中光子计数随机起伏对测量结果置信度的影响,这对于系统长期运行的稳定性,半波电压检测技术、相位漂移检测技术的应用和发展,具有一定的学术价值和实际意义。研究工作得到国家自然科学基金项目(61108039)、国家自然科学基金项目(60978009)和国家自然科学基金重大研究计划(91121023)的资助。
论文阐述了量子保密通信技术在运行稳定性及安全性等方面的国内外研究进展,分析了量子比特误码率QBER与相位测量误差的关系,研究了光子计数随机起伏对半波电压测量置信度的影响,建立了半波电压测量置信度与发送光子脉冲数的关系模型,设计了仿真算法并进行仿真实验分析,提出了一种提高半波电压测量置信度的方案,为半波电压置信度的评判提供了理论依据。主要工作包括:①系统深入研究了基于单光子水平扫描测量半波电压方法中光子计数统计起伏对测量结果的影响,提出了半波电压测量置信度的概念;②建立了在给定相位扫描精度条件下相位调制器半波电压测量置信度与单个相位扫描点发送光子脉冲的数学关系模型,通过光子计数分布函数及误码率安全门限,求解光子计数概率和计数区间阈值等参数,确定相应发送光子脉冲数;③开展了半波电压测量置信度与发送光子脉冲数的仿真实验,设计仿真算法并选择仿真参数,实现半波电压测量置信度与发送光子脉冲关系的获取,为半波电压测量过程中所需发送光子脉冲数提供了参考依据;④提出了一种基于单光子水平扫描的发送有限光子脉冲条件下提高相位调制器半波电压测量可信度的方案,建立了半波电压测量置信度与探测光子数的关系模型,设计仿真算法并进行仿真实验,通过确定为使半波电压测量达到某一置信度单光子探测器在半波电压波峰需探测的光子数从而提高测量数据的可信度,该方案为实际半波电压测量过程中所需探测的光子数提供了理论依据。
仿真结果表明,在给定相位扫描精度条件下,半波电压测量置信度随单个相位扫描点发送光子脉冲数的上升而提高;在发送有限光子脉冲条件下,半波电压测量置信度也随探测单光子数的上升而提高;因此,为使测量半波电压达到某一置信度,发送或探测光子数需达到相应阈值以上。同时,该研究适用于常用的相位编码系统,为量子密钥分发系统相位的精确可信测量奠定了基础。