【摘 要】
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在量子通信系统中,量子安全直传通信(QSDC)实现了真正意义上的量子通信方案。与需要事先建立共享密钥环境的量子密钥分发(QKD)不同,QSDC实现了直接从信源到信宿的传输。纠错
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在量子通信系统中,量子安全直传通信(QSDC)实现了真正意义上的量子通信方案。与需要事先建立共享密钥环境的量子密钥分发(QKD)不同,QSDC实现了直接从信源到信宿的传输。纠错编码技术是对抗噪声影响的重要手段,是量子通信系统中必不可少的一部分。其中低密度奇偶校验码(LDPC)是一种性能可逼近Shannon容量限的纠错码。本文把LDPC码与量子检测技术算符有机地结合在一起,实现混合纠错编码方案。LDPC码算法对量子态信息进行编码保护,量子检测技术能够识别量子信号,因此这种混合式的纠错方案能够保障量子通信系统的可靠性和有效性。本文主要工作是构建基于准量子LDPC的通信系统模型,包括相干光信号源,LDPC编解码技术和量子接收机。首先介绍了 LDPC码的两种构造方法:一是基于循环不变量差集(CIDS)方法构造的LDPC码,其主要思想是通过贪婪算法搜索路径,确定差集S并最终确定校验矩阵;二是基于原型图构造的LDPC码,其利用组合方式设计原型图码字,并以原型码为种子,将其复制T次后做变换操作,最终获得girth不少于12的QC LDPC码。其次,以量子检测理论为基础,引入半正定算子值测量(POVM)方法构造量子接收机,分辨非正交态信号。利用量子态的相干和正交特性,将接收态投影到不同方向的基矢,构建POVM算符完备集,从而构造量子接收机。最后,通过仿真验证不同类型的相干态准量子通信的LDPC编码。利用POVM算符构造不同发送信号类型的量子接收机,包括OOK,BPSK和4PSK量子接收机。在信号编码上,采用两种不同LDPC码构造方法验证不同输入信号的准量子通信系统。仿真结果发现,对于4PSK通信系统,要让系统实现低于10-5的误码率,当噪声光子数的为0.1,0.01和0.001时,用基于CIDS构造的LDPC编码所需要的信号光子数分别为22.5,15.5和11;采用基于原型图构造的LDPC码信号光子数分别为17,11.8和10。由此可知在相同仿真环境下,基于原型图构造的大girth的LDPC码的编码效果更好,需要信号光子数更少。
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