基于硬件同步的四态离散调制连续变量量子密钥分发

在连续变量量子密钥分发系统中,同步技术是确保通信双方时钟和数据一致的关键技术.本文通过巧妙设计发送端和接收端仪器的硬件时序,采用时域差拍探测方式和峰值采集技术,实验实现了可硬件同步的四态离散调制连续变量量子密钥分发.通信双方在设计好的硬件同步时序下可实现时钟的恢复和数据的自动对齐,无需借助软件算法实现数据的对齐.本文采用了加拿大滑铁卢大学Norbert Lütkenhaus研究组提出的针对连续变量离散调制协议的安全密钥速率计算方法.该方法需计算出接收端所测各种平移热态的一阶矩和二阶(非中心)矩,以此为约束条件结合凸优化算法可计算出安全密钥速率.计算过程中无需假设信道为线性信道,无需额外噪声的估算.密钥分发系统重复频率为10 MHz,传输距离为25 km,平均安全密钥比特率为24 kbit/s.本文提出的硬件同步方法无需过采样和软件帧同步,减小了系统的复杂度和计算量,在一定程度上降低了系统所需的成本、功耗和体积,有效地增强了连续变量量子密钥分发的实用性.

连续变量量子密钥分发系统中动态偏振控制研究

连续变量量子密钥分发系统中,本地光场和信号光场采用时分复用,偏振复用方式通过长距离单模光纤传输.外界复杂环境会使单模光纤产生双折射效应,导致本地光场和信号光场的偏振态漂移,严重影响接收端平衡零拍探测结果.因此,高效动态偏振控制单元是推动系统外场实用化进程的关键技术.本文理论上证明了系统接收端仅考虑任意偏振消光比输出时,偏振控制单元只需两个控制自由度即可.在此基础上将贝叶斯参数估计方法有效融入混沌-猴群算法,同时在现场可编程逻辑门阵列硬件上实现控制算法,结合积分型光场探测器建立动态偏振控制单元,仿真和实验结果表明单次偏振控制静态消光比达到30 dB以上的平均周期为400μs.为了应对偏振态连续变化情况,将动态偏振控制单元集成到连续变量量子密钥分发系统,实验测试了偏振态扰动速率在0—2 krad/s范围内系统仍然能够正常运转.

连续变量量子密钥分发技术研究进展

量子密钥分发作为新一代通信技术,能够实现理论上无条件安全的通信过程。基于连续变量的量子密钥分发具有理论安全码率更高、探测成本低、更易与现有光通信兼容等优势而受到广泛关注。该文对连续变量量子密钥分发的基本原理进行介绍,对高斯调制相干态协议和最新实验进展进行概括总结,并对连续变量量子密钥分发的未来发展进行展望。

基于非理想量子态制备的实际连续变量量子秘密共享方案

连续变量量子秘密共享方案基于物理学基本定律,能够保证密钥信息的无条件安全.然而,在实际连续变量量子秘密共享方案中,量子态的制备往往并非是理想、完美的,会引入额外的过噪声,影响方案的安全性,因此有必要对其进行分析.本文提出基于非理想量子态制备的实际连续变量量子秘密共享方案.具体而言,在所提出的方案中假定有多个用户,并且任意一个用户的非理想量子态制备,可以描述为相对应的不可信第三方采用相位非敏感放大器,对该用户的理想调制器与激光器进行放大操作.每个用户由于非理想量子态制备所引入的等效过噪声,可以通过相对应的相位非敏感放大器的增益参数进行全面与定量地计算.研究结果表明,连续变量量子秘密共享方案对非理想量子态制备所引入的过噪声非常敏感,因此不可避免地会降低其性能和安全性.幸运的是,本文利用相位非敏感放大器特定的增益公式,获得所提出方案对非理想量子态制备所引入的额外过噪声容忍度的上界限,有效解决由非理想量子态制备所带来的安全隐患.由于考虑了非理想量子态制备所引入的额外过噪声,因此相比于理想连续变量量子秘密共享方案,所提出的方案能够得到更紧的密钥率曲线.这些结果表明,本文所提出的方案能够对连续变量量子秘密共享方案的实际安全性进行改进与完善,为其实用化发展提供理论依据.

基于非高斯态区分探测的往返式离散调制连续变量量子密钥分发方案

往返式离散调制连续变量量子密钥分发,无需使用两台独立的激光器也能本地生成本振光,并且信号光与本振光均来自于同一台激光器,在有效保证系统实际安全性的同时,具有较好的同频特性.此外,该方案与高效纠错码具有良好的兼容性,即使在低信噪比情况下也能获得较高的协商效率.然而,基于非可信信源模型的往返式光路结构存在较大的过噪声,严重限制离散调制方案的最大传输距离.针对这个问题,本文提出基于非高斯态区分探测的往返式离散调制连续变量量子密钥分发方案,即在探测端部署非高斯态区分探测器,采用自适应测量方法并结合贝叶斯推论,可以在满足低于标准量子极限错误概率的情况下无条件区分出基于四态离散调制的四种非正交相干态.本文详细分析了所提出的基于非高斯态区分探测的往返式离散调制连续变量量子密钥分发方案的安全性,包括渐近情况与有限长效应情况.仿真结果表明所提出的方案相比于原始方案,即使在有信源噪声的情况下,其密钥率与最大传输距离仍然有明显的提升.这些结果表明本方案能够有效降低往返式离散调制连续变量量子密钥分发方案中非可信信源噪声对方案性能的负面影响,在保证系统实际安全性的同时,实现更高效、更远传输距离的量子密钥分发.

基于不可信纠缠源的高斯调制连续变量量子密钥分发

在实际的量子通信系统中,连续变量量子密钥分发的信源安全可能会因为器件的缺陷或隐藏的攻击而受到威胁.针对这个问题,本文提出了基于不可信纠缠源的高斯调制连续变量量子密钥分发方案,通过将高斯纠缠源置于不可信的量子信道来模拟纠缠源被攻击者所控制的场景,从而验证实际复杂环境下高斯调制连续变量量子密钥分发的安全性.本文详细分析不可信纠缠源对系统安全性的影响并引入了两种光学放大器来辅助提升所提方案的实际性能.仿真实验结果表明,本文所提方案即使在高斯纠缠源不可信的情况下仍然能够产生安全的量子密钥,同时,光学放大器也能够有效提升接收端探测器的量子效率.该工作旨在推动高斯调制连续变量量子密钥分发系统的实用化进程,为高斯调制连续变量量子密钥分发系统的实际部署和应用提供理论指导.

面向城域接入的连续变量量子密钥分发技术

相干态连续变量量子密钥分发技术是量子保密通信的重要手段,其通过制备、传输和测量高斯调制或离散调制的相干态来实现具有理论无条件安全性的密钥提取,具有与经典光通信产业兼容性高、中短传输距离下安全码率高、可支持点对多点密钥分发等优势,适合在城域和接入网中大规模部署。调研综述了连续变量量子密钥分发技术的协议、安全性理论、系统化与网络化发展现状,针对城域网和接入网应用场景下的连续变量量子密钥分发关键技术进行了梳理,并对连续变量量子密钥分发技术未来发展趋势进行了展望。

基于大气信道的测量设备无关连续变量量子密钥分发

本文主要研究了大气信道对基于测量设备无关协议的连续变量量子密钥分发系统的影响。阐述了量子密钥分发技术的基础原理与发展历程,阐明了测量设备无关协议的原理和优势,并分析了基于该协议的CVQKD方案运用于大气信道模型中会受到的影响。通过对该方案的实验仿真和理论分析,证明了该方案能够有效地应对大气信道中的挑战,实现安全的密钥分发。本文的研究结果与内容对于推动MDI-CVQKD技术在大气信道中的应用具有一定的意义。

自动电压控制中连续变量与离散变量的协调方法 (一)变电站内协调电压控制

无功电压调节手段既包括连续变量(发电机、调相机等),也包括离散变量(电容器、电抗器、有载调压分接头等),在自动电压控制过程中二者的协调体现在厂站内部和厂站之间2个层面。文中提出了"离散设备优先动作,连续设备精细调节"的原则。重点研究了变电站内部的协调电压控制问题,提出了"集中控制+电压无功控制备用"的变电站控制模式。在控制策略的求解上,首先基于专家规则得到无功调节方向,然后基于控制灵敏度在离散设备与连续设备之间进行无功分配。该成果已在国内多个网、省级电网控制中心得到实际应用。

自动电压控制中连续变量与离散变量的协调方法 (二)厂站协调控制

遵循"离散设备优先动作,连续设备精细调节"的原则,以变电站母线电压上下限为协调约束,提出了一种基于协调约束实时更新的厂站协调电压控制方案。首先在变电站侧增加虚拟调相机,通过站内协调,在给出离散设备控制策略的同时,得到虚拟调相机的期望无功出力;然后,按照控制等价原则,将虚拟调相机无功出力转换为实时更新的协调约束,并加入到本区域的协调二级电压控制(CSVC)模型中统一求解,该CSVC模型无离散变量,避免了混合整数规划问题的求解。所述成果已在国内多个网、省级电网得到实际应用。

模拟退火算法在连续变量全局优化问题中应用

研究了基于模拟退火算法应用于连续变量全局优化问题 ,并给出了实现步骤 .介绍了控制参数实用选择方法 .针对连续变量的特殊性 ,给出了新解产生的实用方法 .最后以计算机视觉领域中的基本矩阵的求解作为一个实例 ,来说明它在连续变量中的应用 .大量数字仿真结果表明该算法能有效地解决连续变量全局优化问题 .

基于遗传算法的Bayesian网中连续变量离散化的研究

文中对如何从含有离散变量和连续变量的混合数据中学习 Bayesian网进行了研究 ,提出了一种基于遗传算法的连续变量离散化算法 .在该算法中给出了兼顾离散模型准确度和复杂度的适应度函数 ;并基于对离散化的实质性分析 ,定义了离散策略等价的概念 ,由此制定了离散策略的编码方案 ;进一步设计了变换离散策略的遗传算子 .该算法不存在局部极值问题 ,且不需要事先给定变量序关系 .模拟实验结果表明 ,该算法能有效地对连续变量离散化 ,从而使得从混合数据中学到的 Bayesian网具有较好性能 .

一类具有连续变量的二阶非线性中立型时滞差分方程的振动性

用分析的方法研究了一类具有连续变量的二阶非线性中立型时滞差分方程解的振动性,给出了该类方程所有有界解振动和方程振动的几个充分条件。

文化基因粒子群算法在换热网络连续变量全局优化中的应用

在换热网络的综合优化中,连续变量的优化通常采用确定性方法。相比于整型变量优化,连续变量优化相对容易处理,但存在容易陷入局部最优和无法收敛到全局最优的问题。针对这一问题,提出一种在标准粒子群算法中结合局部搜索策略的文化基因粒子群算法;结合换热网络最小年综合费用小和计算时间短的优点,提出Ring+Random粒子种群拓扑结构;结合算法控制参数的设置与粒子种群拓扑结构的改进,使文化基因粒子群算法具有更好的全局收敛性能。采用6个10股流体算例验证文化基因粒子群算法在给定换热网络结构下的连续变量全局收敛性能,与文献值相比,换热网络最小年综合费用最大减少了26 025$/a。

贝叶斯网络参数学习中的连续变量离散化方法

首先从离散方案对推理功能的影响出发,提出将条件信息熵作为评判离散方案好坏的标准;其次从降低问题求解的复杂度出发,提出将贝叶斯网络划分为多个极小简单子网分别进行离散化;最后,依据离散化问题与路径规划问题的相似性,设计了一套利用蚁群算法进行问题求解的方法。实验表明,采用所提方法进行贝叶斯网络连续变量离散化,能很好地将连续变量的取值空间进行分类,从而达到良好的推理效果。

具连续变量的中立型差分方程的振动性

讨论具有连续变量的中立型差分方程 ,建立了该方程振动的若干充分条件 .

基于局部优化具有连续变量的贝叶斯网络结构学习

概述了具有连续变量的贝叶斯网络结构学习存在的主要问题,给出了基于局部优化的具有连续变量的贝叶斯网络结构学习方法.通过构造局部最优回归模式、局部回归模式的条件组合及环路处理,建立了具有连续变量的贝叶斯网络结构,既可以避免复杂的结构打分运算及结构空间搜索,同时又不会出现由于离散化而导致过多的信息丢失及假依赖现象.

具有连续变量的多时滞二阶非线性中立型差分方程的振动性

用分析的方法研究了一类具有连续变量的多时滞二阶非线性中立型差分方程解的振动性,给出了该类方程解振动和差分算子振动的几个充分条件.

一类具有连续变量的三阶非线性时滞差分方程的振动性判据

研究了一类具有连续变量的三阶非线性时滞差分方程解的振动性 。

一类具有连续变量的二阶中立型差分方程的振动性

研究时滞差分方程解的性质在理论和应用中是非常重要的。本文用分析的方法研究了一类具有连续变量的二阶中立型差分方程解的振动性,给出了该类方程解振动和差分算子振动的几个充分条件。