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Acta Optica Sinica

面向CVQKD量子-经典信号共纤传输技术研究

刘旭超 Liu Xuchao, 孙时伦 Sun Shilun, 李少波 Li Shaobo, 温佳旭 Wen Jiaxu, 李华贵 Li Huagui

Published Jan 1, 2023• 2 citations
Publisher

Abstract

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。

DOI
10.3788/aos221092

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湍流信道下连续变量量子密钥分发密钥率研究

刘旭超 Liu Xuchao, 温佳旭 Wen Jiaxu, 李少波 Li Shaobo +2 more

在空间信道连续变量量子密钥分发（CVQKD）中，相干态调制体制与经典光通信设备通用性更强、与光纤信道兼容性更好，是未来空间信道CVQKD网络建设重要方案之一。针对湍流信道中光量子信号的扩束、吸收、散射、漂移以及本振光和量子信号之间的相位差抖动等效应，构建了湍流信道下CVQKD安全密钥率仿真模型，重点分析了湍流信道参数、相位延迟量和探测方式对系统密钥率的影响。结果表明：系统总过噪声与传输距离、本振光和信号光延迟时间、大气湍流强度等均呈正相关，大气湍流的增强会降低信道透过率，还会增大系统中断概率和过噪声，使系统密钥率迅速下降。外差探测在短距离传输时具有较高密钥率，零差探测可实现更远距离传输。仿真结果可为实际自由空间CVQKD系统的设计和优化提供参考。

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连续变量量子密钥分发（CV-QKD）协议在光纤信道中已经展现出可获得更高安全码率的能力。但是，CV-QKD协议可容忍的信道衰减相对较低，大气衰减、衍射、湍流等实际因素都会影响空间信道CV-QKD协议的可行性。低轨卫星与地面站接入时间相对较短，放大了有限密钥长效应对协议参数估计的影响。本研究分析了星地下行退化信道下的高斯调制CV-QKD协议，探讨了制备方差和协商效率对系统密钥生成的影响，结果显示，对于空间CV-QKD，无论协商效率是否完美，制备方差对密钥生成率的影响都不是单调的，存在一个最优值。本研究还探索了有限密钥长效应下用于参数估计的符号数量和符号传输率对密钥生成的影响（两者会显著影响系统的密钥生成），并针对不同的符号传输率，对用于参数估计的符号数量进行了优化。仿真结果可为空间信道高斯调制CV-QKD实验的设计和优化提供参考。

Chinese Journal of Lasers•Jan 1, 2025•4 citations

EIT-based all-optical switching and cross-phase modulation under the influence of four-wave mixing

Meng‐Jung Lee, Yi‐Hsin Chen, I-Chung Wang +1 more

All-optical switching (AOS) or cross-phase modulation (XPM) based on the effect of electromagnetically induced transparency (EIT) makes one photon switched or phase-modulated by another possible. The existence of four-wave mixing (FWM) process greatly diminishes the switching or phase-modulation efficiency and hinders the single-photon operation. We proposed and experimentally demonstrated an idea that with an optimum detuning the EIT-based AOS can be completely intact even under the influence of FWM. The results of the work can be directly applied to the EIT-based XPM. Our work makes the AOS and XPM schemes more flexible and the single-photon operation possible in FWM-allowed systems.

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Polarization rotation of light propagating through a medium with efficient four-wave mixing and cross-phase modulation

Sushree S. Sahoo, Arup Bhowmick, Ashok Kumar Mohapatra

Abstract We have studied the rotation of an elliptically polarized light propagating through thermal rubidium vapor with efficient four-wave mixing (FWM) and cross-phase modulation (XPM). These nonlinear processes are enhanced by Zeeman coherence within the degenerate sub-levels of the two-level atomic system. The elliptically polarized light with small ellipticity is considered as the superposition of a strong-linearly-polarized pump beam and a weak-orthogonal-polarized probe beam. The interference of the probe and the newly generated light field due to degenerate FWM and their gain in the medium due to a large XPM induced by the pump beam leads to the rotation of the elliptical polarized light. A theoretical analysis of the probe propagation through the nonlinear medium was used to explain the experimental observation and the fitting of the experimental data gives the estimates of the third-order non-linear susceptibilities associated with FWM and XPM. Our study can provide useful parameters for the generation of efficient squeezed vacuum states and squeezed polarization states of light. Furthermore our study finds application in controlling the diffraction of a linearly-polarized light beam traversing the medium.

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基于光通信技术的物联网数据加密技术分析

娜 赵

本文旨在系统性地分析基于光通信技术的物联网数据加密体系。首先，深入剖析了物联网数据安全的核 心需求与传统加密范式的瓶颈；其次，详细阐述了光纤通信与自由空间光通信（FSO）两大主流光通信模式的技术原 理及其为数据安全提供的独特物理基础；在此基础上，重点探讨了面向光通信物联网的多层次加密策略，包括物理层 安全增强、传统密码算法的适应性优化以及前沿的量子密钥分发（QKD）技术的融合应用；最后，对当前技术面临的 挑战与未来发展趋势进行了展望。研究表明，构建一个深度融合光通信物理特性的“物理-逻辑”协同加密体系，是 实现物联网数据端到端、高可靠、抗量子攻击安全传输的根本路径。

电子通信与计算机科学•Jan 1, 2026•0 citations

基于低损耗多芯光纤的空分复用量子密钥分配

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