单光子波长变换及量子波长交换技术研究

Network of quantum communication is are built in some countries,because of some breakthruogh in key techniques.While the number of guests is getting bigger,the sub-net need to communicate with different wavelength,and the nodes need to keep the network running.The quantum signal is need detecting and sending in the node by the ordinary mode,which increases the delay，brings the conquestion，and reduces the security.This project bring forward a scheme,in which the quantum exchange could be accomplished by twi-conversion of wavelength,and quantum messages are not be detected.The scheme is based on system of quantum polarization coding and phase coding,which appears in some quantum networks,and researches on the characteristics of plarization and phase by the way of classical and quantum mechnanics when the time and distance changes.The noise in the channel will be researched on,the model of optical channel will be constructed.The feasiblity of this scheme will be demonstrated.

随着量子通信关键技术不断突破，量子通信实验网在诸多国家建成。随着用户数不断增大，各个子网需要采用不同的通信波长，子网间信息的互通需要交互节点保障。通常采用的方式是在交换节点处对量子信息进行检测和重发，这样不仅增加了时延，易造成网络的拥塞，而且降低了整个通信过程的安全性。本项目提出了采用二次波长变换的方式实现量子波长交换，完成交换节点量子信息的不操作转发，不对量子态进行检测。方案基于现有量子通信网络常用的量子态偏振及相位编码的方式，从经典及量子理论分析和论证偏振及相位特性随时间和距离演进的具体的情况，并且研究和分析信道噪声，建立光学信道模型，最终从理论上论证量子波长交换方案的可行性。

量子通信以其特有的基于物理特性的安全性，应用于诸多信息传输领域，并不断受到各国研究团队的重视。在过去的三十余年间，量子通信从早期的近距离点对点传输，逐渐发展到远距离传输，甚至借助卫星的量子信息传输。研究者们期望将量子通信技术应用在更多领域，于是量子通信网成为重要的研究内容。量子通信实验网的搭建不断在各国取得成功，中国在2015年前后，也实现了金融，政务等多类量子通信实验网。在量子通信网走向大规模化的过程中，信息交换节点的安全性成为重要研究内容，可信交换节点的理论与技术的突破不仅可以保证网络的安全性，还可以节约整体功耗，带来众多性能改进与提升，基于此背景，本项目提出通过波长交换实现安全的信息转发，服务量子通信网络。.主要的研究内容，结果及科学意义包括：.1..提出了一种新的多用户量子密钥分发中波长交换方案，解决了量子网络中信息交互难题；分析了交换过程中近红外单光子束的偏振变换；仿真了波长交换效率和泵浦光功率之间关系；证明了该变换过程中，量子态偏振特性可完整保持。仿真结果表明，该方案可行并且高效。.2..提出了一种新颖的基分束策略，将基于不同测量基的量子态分开，并分析结果，得到传输的量子态信息。相比传统窃听方案，该方案在实际信道和实验条件下具有更优的效果，特别是在传输信息量大时，该方案可用于量子信息传输中抗窃听的研究。.3..高效的基于统计理论的抗恶意攻击的量子检测方案，提出了一种基于统计理论的新颖和高效的量子检测技术，并通过仿真验证方案的可行性。仿真结果表明，该方案较现有方案更高效，更安全。考虑到方案的完整性，建立了链路模型以获得方案的阈值。.4..任意单量子比特和双量子比特态的确定性联合远程制备。实现波长变换保证量子通信网中信息安全传输，是实现量子通信网的有力保证，在此基础上，探索了一些量子网络中的有效技术，并结合理论分析，提出量子远程制备在通信网中的新颖应用。