《面向高速密鑰分發的混沌光場量子統計特性研究》是依託太原理工大學，由郭龑強擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：面向高速密鑰分發的混沌光場量子統計特性研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：郭龑強
- 依託單位：太原理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
混沌雷射在保密通信及光電信息技術領域具有重要的套用，利用其進行高速遠程的密鑰分發已引起廣泛關注，但相關研究主要集中於混沌光的時域和頻域等巨觀特性。另一方面，混沌光場的量子漲落、噪聲特性及相空間中的準機率分布直接影響著密鑰傳輸速率和安全性。目前，對光場的測量已達到單光子水平，並且通過量子光學的方法可以獲得光場量子統計特性和相空間分布等方面的信息。本項目主要研究：（1）利用單光子探測和關聯測量的方法獲得高分辨時間下混沌光場的高階關聯和噪聲特性，從量子統計分析角度去研究混沌光場；（2）研究重構光場的Wigner函式，利用相空間的準機率分布全面描述光場並提取其非經典性；（3）研究光場的量子特性與信道傳輸速率、距離、安全性之間的關係，探索高速保密性高的密鑰分發方案。本項目不僅為深入認識混沌光場的本性提供了新的研究視角，還將為利用混沌光場進行密鑰分發、光源檢驗及揭示光場非經典性等方面提供實驗和理論研究基礎。
結題摘要
高速遠程的保密通信在信息安全領域有著重要作用，“一次一密”絕對安全的通信一直是人們追求目標，但實現需要兩個必備條件：高速真隨機密鑰的產生及密鑰的安全分發。混沌光通信由於其高速及與現今大容量光纖網路兼容性好等優點，已受到廣泛關注。利用寬頻混沌雷射已產生了10Gb/s真隨機密鑰，進而對其熵源特性及安全性的研究就愈加迫切。同時密鑰分發的速率及質量，又與混沌光場的更高階相干度、量子漲落及噪聲等量子特性直接相關，並成為另一亟待解決的問題。 本項目圍繞上述問題，進行了混沌光場量子統計特性的理論和實驗研究，理論分析和實驗測量了混沌光場的光子統計分布及高階相干度，並建立了通過光子計數精確量化分析熵源的系統及方法，進而在此基礎上利用高質量混沌熵源產生高速物理隨機密鑰，並套用協商糾錯及保密增強的方法，降低密鑰傳輸誤碼，初步驗證了密鑰傳輸的安全性。主要研究結果如下： （1）理論分析並實驗測量了光反饋半導體雷射器產生的混沌光場的光子統計分布及不同混沌狀態下的二階相干度. 分析對比了不同狀態的混沌光場的動力學特性及其二階相干度的變化情況. 通過利用該方案可以準確測量混沌光場的量子統計特性，並與其他光場進行區分。 （2）基於光反饋產生的寬頻混沌熵源實現實時高速物理隨機密鑰的產生。通過全光控制的方法，克服電子瓶頸對隨機密鑰產生速率的限制，同時利用差分比較提高產生隨機密鑰的質量。此外，研究了線寬增強因子等雷射器參數，對生成隨機數性能的影響，提取更高質量的隨機密鑰。 （3）利用混沌光場提取高速密鑰之後，在實現高速混沌密鑰分發的過程中，有效降低誤碼，實現通信雙方之間高效信息協商。基於混沌同步密鑰分發可將誤碼率控制在10^(-10)量級，遠低於光纖通信的誤碼率。同時為了提高密鑰的安全性防止第三方竊聽，實現了對密鑰的保密增強，使竊聽者得到的有效信息幾乎為零，進一步完善了基於混沌同步密鑰分發的方案。 （4）通過全計數的量子統計方法研究輻射場的統計特性。給出了量子體系中的非馬爾科夫過程的全計數統計理論方法。研究了不同體系量子相干性，給出量子噪聲及高階關聯特性在整個體系動力學演化過程中的變化和影響，提供一種分析系統量子統計特性的方法。 上述研究成果為混沌光場的特性及在保密通信和精密測量中的進一步深入研究打下良好基礎，並提供了一個基於光子統計量化物理隨機熵源的思路，豐富現有甄別混沌光場的方法。
