海洋矿物质颗粒是影响光子在水下传输的重要因素之一。为了研究海洋矿物质颗粒对水下量子通信信道性能的影响,建立了海洋矿物质颗粒群密度、传输距离与链路衰减的关系模型并进行了仿真。针对退极化信道,研究了矿物质颗粒群密度和传输距离与信道容量、信道误码率的关系并进行了仿真。仿真结果表明,当传输距离为50 m时,随着矿物质颗粒群密度的增大,链路衰减由0.098 dB增加到2.92 dB,链路效率由6.2×10 ^-6减小到2.7×10 ^-7。当矿物质颗粒群密度为1.0×10 ⁴ m ^-3时,随着传输距离的增加,信道容量由0.97逐渐减小到0.6,误码率呈指数增大。由此可见,消光效应造成的影响在传输过程中不可忽略,在实际通信过程中,应根据环境情况及时调整传输设备的参数,保证通信质量。

卷云对量子通信光信号的传输有极大的影响。根据卷云特性建立了卷云冰晶粒子的分布模型,研究了卷云的消光特性,并根据卷云的散射特性,分析了卷云冰水含量、传输距离、链路消光特性、信道容量和信道纠缠度衰减的定量关系,研究了噪声影响下隐形传态保真度的变化,并进行了仿真实验。实验结果表明,当传输距离为3 km时,在卷云冰水含量(体积质量)为0.4 g·m ^-3的条件下,对应的链路衰减、信道容量和信道纠缠度分别为0.05 dB·km ^-1、0.94 dB·km ^-1和0.52,而在卷云冰水含量(体积质量)为 0.1 g·m ^-3的条件下,对应的链路衰减、信道容量和信道纠缠度分别为0.20 dB·km ^-1、0.82 dB·km ^-1和0.07。由实验结果可见,自由空间量子通信信道的性能在卷云的影响下均发生了不同程度的变化。因此,在进行量子通信时,需考虑卷云的影响,根据卷云的变化调整性能参数,以提高通信质量。

海洋气溶胶是大气气溶胶的重要组成部分之一,为了研究海洋气溶胶对量子通信的影响,根据海洋气溶胶粒子的尺度谱分布以及消光系数,分析海洋气溶胶粒子浓度和传输距离与链路衰减之间的定量关系,研究粒子浓度、传输距离与信道容量、信道保真度及信道误码率之间的关系并进行仿真模拟。仿真结果表明,当传输距离为8 km,海洋气溶胶粒子浓度分别为300/m 3和500/m 3时,对应的链路衰减、信道容量和信道误码率分别为0.407 dB/km和0.679 dB/km、0.423 bit/s和0.349 bit/s、0.027和0.092,当海洋气溶胶粒子浓度为500/m 3,传输距离分别为5 km和7 km时,对应的信道保真度分别为0.911和0.849。结果表明海洋气溶胶对自由空间量子通信的各项性能均有不同程度的影响。因此,当实际进行量子通信时,应根据海洋气溶胶粒子的浓度来调整各项性能参数以保证通信正常进行。

为了研究雾对自由空间量子通信的影响,根据雾滴谱分布函数和消光系数,研究了雾的能见度及传输距离对链路衰减、量子通信信道容量、信道保真度及信道误码率的影响,并进行了仿真实验。结果表明,当传输距离为9 km,能见度分别为0.2 km和0.6 km时,对应的链路衰减,信道容量,信道保真度,信道误码率分别为0.76和0.25,0.24和0.4,0.91和0.97,0.01和3.26×10 -7。由此可见,能见度小于1 km时,雾对各项性能影响较为显著。因此,应根据雾的能见度来调整通信系统的各项参数以保证通信的顺利进行。

为了研究煤烟凝聚粒子对量子卫星通信性能的影响,根据煤烟凝聚粒子等效模型对粒子消光特性进行分析,结合粒子质量浓度转换公式建立传输距离、粒子数浓度与链路衰减、振幅阻尼信道容量、纠缠保真度和信道误码率之间的关系并进行仿真。仿真结果表明,当传输距离为2 km时,煤烟凝聚粒子数浓度从2.22×10 12 m -3增加到1.11×10 13 m -3,链路衰减从0.40 dB增加到2.47 dB,振幅阻尼信道容量和纠缠保真度均有不同程度的下降,信道误码率从0.0056增加到0.0067。由此可见,煤烟凝聚粒子对量子卫星通信的性能有显著影响。因此,为了在实际信息传输过程中提高系统可靠性,应对量子通信系统的各项参数进行适当的调整,以适应煤烟环境对量子卫星通信产生的不同程度的影响。