量子-经典信号共纤传输技术对实用化量子保密通信网络建设具有重要意义。针对经典光在光纤信道中的拉曼散射（RS）、四波混频（FWM）以及交叉相位调制（XPM）等非线性效应对量子信号的噪声干扰，构建了量子-经典信号共纤传输连续变量量子密钥分发（CVQKD）系统的安全密钥率仿真模型，重点分析了经典光功率、信道间隔和探测方式对系统噪声和密钥率的影响。结果表明，在近距离传输时，FWM噪声占主导地位，在传输距离大于10 km时，XPM噪声大于RS和FWM噪声。系统总噪声与经典光功率正相关，与波分复用信道间隔反相关。零差和外差检测下，随着传输距离的增加，安全密钥率整体变化趋势接近，零差检测方式具有更大的极限传输距离。该研究工作可为实用化量子-经典信号共纤传输CVQKD系统的优化设计提供参考。

为提升自由空间量子通信系统性能, 以相敏放大器(PSA)和相位非敏感放大器(PIA)原理为基础, 研究了在量子通信系统接收端分别加入PSA、PIA后的高斯调制连续变量量子密钥分发(CVQKD)模型, 推导了相应的安全密钥率公式。当信号波长分别为810 nm、1550 nm和3800 nm时, 仿真分析了系统受到集体攻击和个体攻击情况下接收端采用零差检测和外差检测时安全密钥率与距离的变化关系, 对比了相同条件下PSA、PIA对系统性能的提升效果。仿真结果表明: 当接收端分别采用零差检测、外差检测时, 系统相应选择PSA、PIA时的性能更好。

研究了三种常见天气降雨、降雪和雾霾对采用不同波长信号的自由空间量子通信系统的安全密钥率的影响。利用建立的基于连续变量高斯调制的量子密钥分发传输模型,分析了在个体攻击和集体攻击情况下Bob分别采用零差检测和外差检测时,不同天气条件和不同信号光波长对安全密钥率的影响。随后仿真得到了不同天气情况和等级、不同波长量子信号、不同攻击类型和不同检测方式条件下安全密钥率随传输距离的变化关系,并对结果进行了分析。研究结果可以为实际的自由空间量子通信系统的设计提供一定的参考。

针对连续变量量子密钥分发系统数据协调过程中效率偏低而造成的密钥量不易提取的问题,本文引入PEG(Progressive-edge-growth)算法构造合适度分布的LDPC校验矩阵,译码时采用LLR-BP译码算法。仿真结果表明,相同度分布下PEG方法构造出的校验矩阵比传统Mackay方法构造出的校验矩阵在译码时,能够更快达到收敛,并且在码率为05,码长为105时,PEG协调方案协调效率达到934％,提取到的安全密钥量为541 kb／s,信息传输距离为445 km。

同步技术是连续变量量子密钥分发系统的核心技术之一,能实现通信双方的实时通信,确保量子信息的有效提取。本文提出了一种新型的同步方案,能有效克服量子信道噪声及误码的影响,实现发送端和接收端的准确同步。文章从理论上介绍了方案的同步机制,并对其性能进行了仿真分析。

针对连续变量量子密钥分发（CVQKD）通信距离较短的问题，在多维数据协调方案的基础上，利用连续密度进化和差分进化方法，设计出优质度数分布的低密度奇偶校验(LDPC)码，并提出LDPC码码字重复方法，进一步提高多维数据协调的效率，有效地降低了收敛信噪比，延长了信息传输距离。实验仿真结果表明：在分组码长为106时，收敛信噪比能够降低至-6 dB以下，协调效率可达90.27%，提取到的安全密钥量为0.22 kb/s，信息传输距离超过80 km，该方法可有效延长CVQKD系统的通信距离。

经典-量子共信道同传是量子保密通信的关键应用技术之一,能够解决量子信息与经典信息需不同 光纤分别传输的难点,显著降低应用成本。针对基于波分复用技术的连续变量量子密钥与经典信息同传方 案,定量分析了系统拉曼散射噪声特性,在前向和后向两种不同经典信息传输模式下,仿真对比研究了拉 曼散射噪声对系统安全密钥率的影响。结果表明:经典信息采用前向传输模式时系统安全密钥率明显大于 后向传输模式;在固定信道输入功率时,短距离通信时拉曼散射噪声对安全密钥率的影响较小,随距离增 长,拉曼噪声影响不可忽略;固定通信距离时,一定数值范围内的额外噪声对系统的安全密钥率影响较小, 通信距离为50 km时,此数值为0.07N0。

在高速连续变量量子密钥分发系统中，位帧同步技术是确保准确获取量子信号所携带有效信息的核心技术之一。结合平衡零差探测器测量相干态的正则分量数据，提出了一种简单高效的位帧同步理论方案。基于此理论方案，在重复频率为25MHz的高斯调制相干态连续变量量子密钥分发系统上进行了实验测试和性能分析。结果表明，所提出的位帧同步方案能有效克服量子信号在密钥分发中受到的环境因素影响，有效实现通信双方同步。

本文提出了一种锁定铌酸锂马赫-曾德尔调制器(MZM)偏置工作点的方法, 通过引入一个特殊的测试电压和校准马赫-曾德尔调制器的最大输出光强, 反馈信号受输入光功率的波动和探测器的暗噪声影响很小, 偏置锁定精度可以达到±005°(标准偏差)。这种方法可以锁定铌酸锂马赫-曾德尔调制器传递函数上的任意工作点, 且不需要加入额外的扰动信号, 可以应用于连续变量量子密钥分发等领域。

基于连续变量量子密钥分发系统，提出了一种自发同步的方案。这种方案能有效地克服连续变量量子在光通信过程中受到环境因素的影响，实现连续变量量子密钥分发端和接收端系统之间的同步。从理论上介绍了这种同步方案的机制，并在连续变量量子密钥分发系统上对这种同步方案的可行性进行了验证。在实验所得数据的基础上分析了这种同步方案所需时间和成功率等关键性能指标。