1 南京信息工程大学电子与信息工程学院, 江苏 南京 210044
2 南京信息工程大学江苏省大气环境与装备技术协同创新中心, 江苏 南京 210044
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。
量子光学 水下量子通信 矿物质颗粒 退极化信道 链路衰减 信道容量 信道误码率 光学学报
2021, 41(19): 1927001
1 南京信息工程大学江苏省大气环境与装备技术协同创新中心, 江苏 南京 210044
2 南京信息工程大学电子与信息工程学院, 江苏 南京 210044
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。
量子光学 海洋气溶胶 量子通信 消光系数 链路衰减 退极化信道 光学学报
2020, 40(20): 2027001
1 全球能源互联网研究院有限公司, 北京 102209
2 国网内蒙古东部电力有限公司信息通信分公司, 内蒙古 呼和浩特 010020
3 国网辽宁省电力有限公司信息通信分公司, 辽宁 沈阳 110006
4 安徽问天量子科技股份有限公司, 安徽 芜湖 241000
量子密钥分配协议的安全性主要是指在一定信道条件下协议所能支持的最高安全密钥生成率,而退极化信道则是量子信息理论中一种常用的信道模型,该模型可以有效刻画量子态在量子信道传输中的扰动。利用量子信息论方法推导并模拟了退极化信道条件下BB84协议与设备无关协议的安全性。对于给定的退极化信道参数和信道衰减参数,进一步结合诱骗态方案给出了两种协议在不同信道传输距离下的安全密钥率。该研究结果可用于理论模拟在长距离量子密钥分配条件下的安全密钥生成率,为进一步的安全性分析和实验实现建立了理论基础。
量子光学 量子密钥分配 退极化信道 安全密钥率 quantum optics quantum key distribution depolarizing channel secure key rate
1 西安邮电大学 通信与信息工程学院,西安 710121
2 西北工业大学 电子信息工程学院,西安 710072
3 西安电子科技大学 综合业务网国家重点实验室,西安710071
为了研究中层海水中水色三要素对水下量子通信性能的影响,首先根据水色三要素的吸收和散射模型,提出了海水中叶绿素浓度、光量子信号波长和水下量子链路衰减的关系;然后针对退极化信道,分析了叶绿素浓度、光量子信号波长与信道容量、信道平均保真度和信道误码率之间的定量关系。仿真结果表明,传输距离为20 m,当叶绿素浓度分别为0.5 mg/m3和1.5 mg/m3时,水下量子通信信道容量、信道平均保真度、信道误码率依次分别为0.263 1和0.142 3,0.705 2和0.553,0.037 05和0.029 17.当波长分别为400 nm和800 nm时,通信信道容量、信道平均保真度、信道误码率依次分别为0.229 1和0.428 3,0.914 2和0.943 7,0.012 36和0.006 87。由此可见,叶绿素浓度和光量子信号波长对水下量子通信性能有显著的影响。应根据对海水水色三要素的探测情况,自适应调整系统的各项参数。
水下量子通信 水色三要素 叶绿素浓度 退极化信道 信道误码率 underwater quantum communication three elements of water color the chlorophyll concentration the depolarizing channel channel bit error rate
1 西安邮电大学 通信与信息工程学院, 西安 710121
2 西北工业大学 电子信息工程学院, 西安 710072
3 西安电子科技大学 综合业务网国家重点实验室, 西安 710071
为了研究尘埃等离子体中带电尘埃的粒子半径、粒子浓度和带电荷数对量子通信性能的影响, 首先根据Mie散射理论得到单个带电尘埃粒子的光散射截面; 然后通过粒子浓度求出总的消光截面, 得出链路衰减的数学模型, 提出了带电粒子特性与量子纠缠度的关系; 针对退极化信道, 当单个尘埃粒子所吸附带电粒子的个数为50时, 给出了尘埃粒子半径、粒子浓度与信道容量和量子误码率的定量关系. 仿真结果表明, 当量子信号的传输距离为10 km时, 尘埃粒子浓度从1×1010 m-3增加到10×1010 m-3, 信道容量从0.672 6降低到0.107 5; 尘埃粒子半径从0.1 μm增加到10 μm时, 量子误码率由1.334×10-3增加到5.309×10-3. 由此可见, 尘埃等离子体中带电尘埃粒子的半径和浓度对量子卫星通信性能有显著的影响. 因此, 为确保量子通信的可靠性, 应根据所探测到的等离子体环境的状况, 调整卫星通信系统的各项指标参数.
量子卫星通信 尘埃等离子体 光散射截面 带电尘埃粒子 退极化信道 信道容量 误码率 量子纠缠度 Quantum satellite communications Dusty plasmas Light scattering cross sections Charged dust particles Depolarization channels Channel capacity Bit error rate Quantum entanglement 光子学报
2017, 46(12): 1206002
1 西安邮电大学 通信与信息工程学院, 西安 710121
2 西北工业大学 电子信息学院, 西安 710072
3 西安电子科技大学 综合业务网国家重点实验室, 西安710071
根据冰-水混合云中冰晶和水滴粒子的谱分布函数及消光因子, 得到冰-水混合云的冰水含量比例与量子卫星通信信道之间的衰减关系; 针对比特翻转信道和退极化信道, 分别建立冰水含量比例与信道容量、信道保真度之间的方程; 分析了冰水含量比例对信道建立速率的影响.仿真结果表明：当冰水含量比例分别为1∶2和1∶9时, 比特翻转信道、退极化信道的容量分别为0.65和0.92、0.59和0.95; 当信源字符的概率为0.9时, 比特翻转信道、退极化信道的保真度分别为0.60和0.83、0.89和0.95; 当传输距离为2 km, 纠缠粒子对保真度为0.8时, 信道建立速率分别为7.40 Hz和15.57 Hz.因此, 当量子卫星信号出现较大衰减时, 应根据冰-水混合云的冰水含量比例, 自适应调整量子卫星通信系统的各项参量, 以提高量子卫星通信的可靠性.
量子卫星通信 冰-水混合云 谱分布函数 比特翻转信道 退极化信道 Quantum satellite communication Ice-water mixed clouds Spectral distribution function Bit flipping channel Depolarizing channel
南京邮电大学信号处理与传输研究院，江苏 南京 210003
量子退极化信道是一类重要的量子噪声信道。为了计算简单且不失一般性，选取两输入、一输出的多用户模型，对量子退极化信道的容量进行研究，从理论上获得基于量子退极化信道的经典量子容量区域和量子容量区域。前者是一个用户发送经典信息而另一个用户发送量子信息的速率区域，后者是两个用户都发送量子信息的速率区域，并对多址量子退极化信道的性能进行分析。
量子信息 信道容量 多用户信道 量子退极化信道 全局量子态 quantum information channel capacity multiple access channel quantum depolarizing channel global quantum state
