国家自然科学基金(61201194)
- 作品数：32 被引量：80H指数：5
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- 相关领域：电子电信理学自动化与计算机技术机械工程更多>>
- 基于极化-空间模超纠缠的量子网络多跳纠缠交换方法研究被引量：1
- 2022年
- 基于纠缠交换方法进行多跳量子信息传输,是实现远距离量子网络通信的基本方式之一.传统的多跳量子网络通常使用单自由度极化光子纠缠态作为量子信道,信息传输容量较低且容易受到噪声的干扰.本文提出一种基于超纠缠的高效量子网络多跳纠缠交换方法,利用极化-空间模式两自由度的纠缠光子,建立超纠缠量子多跳信息传输通道.以远程超纠缠隐形传态的信道建立需求为例,首先给出了基础的逐跳超纠缠交换方案,为降低该方案的端到端超纠缠建立时延,提出在中间量子节点进行同时测量的并行超纠缠交换方案.在此基础上,为降低并行超纠缠交换的经典信息开销,进一步提出一种分级并行超纠缠交换方案.理论分析及仿真结果表明该方案的纠缠建立时延接近于并行超纠缠交换方案,但可以减少经典信息传输量,在一定程度上实现两者的平衡.相比传统的纠缠交换方法,本文方案有利于解决远程超纠缠通信的需求,对未来构建更高效率的量子网络有积极意义.
- 杨光刘琦聂敏刘原华张美玲
- 降雪对地表附近自由空间量子信道的影响及参数仿真被引量：7
- 2021年
- 量子通信具有覆盖面广、安全保密的优势,是当前通信领域国内外的研究热点.在自由空间量子通信过程中,光量子信号需要在地表上空一定高度进行传输,因此各种环境因素,例如降雪、沙尘暴、降雨、雾霾、浮尘等,不可避免地会影响量子通信性能.然而,迄今为止,降雪对地表附近自由空间量子信道影响的研究尚未展开.为此,根据降雪的强度,将降雪分为小雪(S1)、中雪(S2)、大雪(S3)和暴雪(S4)四个等级.由于空中正在飘落雪花对光量子信号具有能量吸收作用,称为消光效应,不同强度的降雪,其消光效应对自由空间光量子信号的影响不同.本文首先建立了不同等级降雪对光量子信号消光效应的数学模型;然后建立了因降雪导致的自由空间消光衰减定量关系,信道极限生存函数、不同降雪强度下的信道容量和量子误码率等性能参数受降雪影响的变化情况;最后建立了降雪强度、传输距离与链路衰减、幅值阻尼信道容量、信道生存函数以及信道误码率的数学模型.仿真结果表明,当降雪强度为2.1 mm/d(S1),传输距离为2.2 km时,通信链路衰减为0.0362,信道容量为0.7745,信道生存函数为0.2329,信道误码率为0.0105.当降雪强度为3.8 mm/d(S2)。传输距离为3.5 km时,通信链路衰减为0.1326,信道容量为0.4922,信道生存函数为0.2099,信道误码率为0.019.由此可见,降雪对量子通信性能有不同程度的影响.所以在实际应用中应根据降雪强度大小,自适应调节量子通信相关参数,提高量子通信的可靠性.
- 聂敏王超旭杨光杨光孙爱晶裴昌幸
- 关键词：量子通信消光系数生存函数
- 大气环境影响下的量子卫星通信MIMO-QKD策略性能分析被引量：1
- 2022年
- 为实现全球量子卫星通信,不仅要保证量子卫星在复杂大气信道中的通信性能,而且需要实现多地面站与量子卫星实时且同步通信。在昆虫复眼结构的基础上提出了量子卫星多输入多输出的量子密钥分发策略(MIMO-QKD),仿生复眼地面站通过多波长信号同时进行QKD来提升量子通信性能,并通过波段划分实现多地面站与量子卫星通信,且互不干扰。仿真结果表明,随着大气环境影响系数由0.1增加到1,信道容量减少到0.0018,误码率增加到0.3374。随着复眼容量由1增加到15,信道容量从0.054增加到0.814,误码率从0.2394减少到0.0266;由此可见,在复杂的大气信道环境影响下,基于昆虫复眼结构的量子卫星通信MIMOQKD策略可以明显改善量子卫星通信性能,根据相应的大气环境调整复眼容量从而保证量子密钥分发效率。
- 李景琦聂敏杨光张美玲孙爱晶裴昌幸
- 关键词：量子通信量子密钥分发信道容量MIMO
- 基于超纠缠中继的量子组播网络路由策略被引量：2
- 2023年
- 为解决量子网络中组播通信的路径选择与建立问题,提升量子组播网络的通信性能,提出一种适用于超纠缠中继量子网络的组播路由策略。为确保组播通信中量子克隆的保真度,网络采用菱形结构,通过量子克隆机对单光子偏振-空间模量子态进行克隆,并综合考虑量子超纠缠资源数、跳数、克隆态保真度等因素,基于Steiner树的优化算法生成组播树。路由选择完成后,采用并行超纠缠交换方法建立远程用户间的组播量子信道。理论分析与仿真结果表明,在组播通信过程中随着目的节点数量的增多,基于超纠缠中继的量子组播网络路由策略可获得较高保真度的组播树,当中继节点数量增多时,采用并行超纠缠交换建立量子信道的时延低于传统串行纠缠交换的时延,量子态的传输速率较快。因此,基于超纠缠中继的量子组播网络路由策略具有高保真度、低时延等优势。
- 邢磊杨光聂敏刘原华张美玲
- 关键词：保真度
- 接收端基矢旋转对星舰量子密钥分发的影响
- 2021年
- 在星舰量子密钥分发系统中,发送量子密钥的量子卫星是低轨道卫星,追踪量子卫星的接收设备安装在船舰上。接收设备需要追踪卫星的运动,接收端基矢不可避免地会发生旋转。分析了导致基矢旋转的原因,针对BB84协议,建立了基矢旋转角与量子误码率、获取信息量的定量关系。结果表明,当传输距离为200 km,基矢旋转角分别为2°和10°时,量子误码率和获取的信息量分别为8.255×10^(−5)和0.99、2.044×10^(−3)和0.91。基矢旋转角大于2°时,星舰量子密钥分发系统的性能有明显下降,这表明进行星舰量子密钥分发时,需根据基矢旋转角的大小提前进行自适应校正。
- 聂敏张帆杨光杨光孙爱晶裴昌幸
- 关键词：量子光学安全密钥
- 对流层水云对量子干涉雷达探测性能的影响及仿真被引量：3
- 2022年
- 采用修正的伽马分布,结合米氏散射理论,分析了水云粒子的光散射特性,建立了4种常见水云粒子含水量与消光系数的关系。对于光量子的偏振态,研究了水云粒子背景下量子干涉雷达(QIR)探测光子的偏振变化规律,建立了水云粒子影响QIR探测光子的传输距离、分辨率、误码率以及生存性能的数学模型。理论分析和实验仿真结果表明:随着水云中含水量的增加,消光系数呈线性增加,导致衰减系数增加,从而使得探测光子的能量耗散量增大,探测光子的传输距离下降;当发射光子数目一定时,QIR的分辨率随水云粒子光学厚度的增加而降低;当水云粒子浓度一定时,随着退偏比的增大,系统的误码率呈减小趋势;当目标的可探测点数一定时,水云对QIR系统的干扰强度越大,雷达的生存性能越低。由此可见,在QIR的设计、调试和使用过程中,需根据水云的相关参数,自适应地调整QIR系统的各个指标参数,从而提升系统的探测性能。
- 聂敏王瑾杨光张美玲孙爱晶裴昌幸
- 关键词：大气光学分辨率
- 基于波长统计检测的量子卫星通信性能优化策略被引量：2
- 2022年
- 量子卫星通信在传输过程中由于会受到大气雾霾的影响,必然导致其通信性能下降,为了改善量子卫星星地链路雾霾干扰问题,本文首先分析不同雾霾环境(沙尘、煤烟、水溶等)中雾霾粒子有效半径对不同光量子信号波长的影响,表明在实际通信过程中需要根据不同雾霾环境选择合适的波长进行通信。在此基础上提出利用统计检测的方法自适应选择最优波长策略,该策略的主要目的在于使得量子卫星在不同雾霾环境的通信过程中的通信性能得到提高。仿真结果表明:系统的整体性能在采用本方案后,其信道容量、保真度、误码率均明显优于选取单一波长进行量子卫星通信,由此可见本方案对于在雾霾天气下的量子卫星通信过程的通信性能具有一定的改善作用。
- 田丰聂敏杨光张美玲孙爱晶裴昌幸
- 关键词：保真度信道容量
- 高动态GPS弱信号多级相干累加捕获被引量：6
- 2015年
- 给出一种高动态GPS弱信号捕获算法。对接收到的卫星信号,以1ms为步进做20次数据翻转位估计,确定出单次积分时间为20ms;以单次积分时间内相干损耗小于1dB为标准,确定单次积分中频率和码相位的搜索步进;在第二级累加之前对多普勒频偏和导航数据进行同时补偿,实现多级相干累加捕获。模拟一组卫星信号,利用软件接收机的设计进行仿真验证,结果显示,该方法在信号功率为-180dBW的情况下,捕获所需的累加次数是相干-非相干方法的36.4%,且动态适应能力强。
- 刘原华张旭东牛新亮
- 关键词：高动态弱信号伪码捕获频率补偿
- 参数在线学习的动态贝叶斯网络态势估计算法
- 2015年
- 为快速实现对战场态势的精确估计,提出了参数在线学习的动态贝叶斯网络方法:在基于专家知识确定的动态贝叶斯网络结构模型基础上,用前向递归方法对网络模型的参数进行估计.针对战场态势模型的观测值具有小样本的特性,以狄利克雷分布作为样本的先验分布,采用矩估计法对先验分布的超参数进行估计,以该先验分布的等价样本与观测值实现对网络参数的学习和对战场态势的估计.仿真实验结果表明,应用该方法实现态势估计具有较高的实时性和准确性.
- 袁德平郑娟毅史浩山
- 关键词：贝叶斯网络
- 降雨背景下量子定位系统中最优平均光子数自适应策略被引量：2
- 2022年
- 量子定位系统(QPS)是一种高精度且安全的定位系统,光子数的变化会对定位误差和安全性造成很大影响。为了降低降雨天气下系统的定位误差并提高系统的安全性能,基于诱骗态量子密钥分配协议和最优平均光子数自适应(PNA)算法,提出了抵抗降雨干扰的QPS诱骗态自适应调整策略。建立了降雨强度、传输距离与最优平均光子数间的自适应关系,对自适应调整前后的定位误差和安全密钥生成率进行了对比。仿真结果表明,当降雨强度为10 mm/h,传输距离为10 km时,采用PNA算法后,系统定位误差由13.81 cm减小到1.13 cm;当降雨强度为1.47 mm/h,传输距离为25 km时,采用PNA算法后,系统的安全密钥生成率由5.5×10^(-4)提高到6.3×10^(-4)。由此可见,通过自适应调整系统每脉冲所含平均光子数,可以提高QPS在降雨天气下的可靠性。
- 聂敏高婷杨光张美玲孙爱晶裴昌幸
- 关键词：量子光学降雨平均光子数自适应
