一、量子通信的研究进展和发展前景（论文文献综述）
王海洋[1]（2021）在《40 GHz锁模皮秒激光信号源关键技术与应用研究》文中提出锁模光纤激光器所产生的高重频皮秒脉冲不仅可以作为超高速、大容量、长距离光纤通信系统理想信号源,且在量子通信领域极具应用潜力。本论文围绕锁模皮秒激光信号源中的关键技术展开深入研究,主要包括被动锁模环形光纤激光器及其特殊输出模式、40 GHz高阶主动锁模光纤激光器、光纤激光器系统中偏振态的控制与稳定,并对锁模皮秒光纤激光器在全光时钟提取和量子光源制备方面的全新应用进行探索与研究。取得的主要创新性成果如下:（1）基于半导体光放大器的非线性偏振旋转效应,提出并研制一种双放大器结构的锁模光纤环形激光器,实现了稳定的被动锁模脉冲、调Q脉冲和矩形脉冲等多种形式的输出。所产生的矩形脉冲,与被动锁模激光器中的耗散孤子共振相比无明显的峰值功率钳位,其脉冲宽度可在500 ps～165 ns大范围内连续可调。（2）提出并研制一种基于Muller矩阵模型的开环控制高速稳偏器,对任意偏振态的稳定平均误差约为0.035 rad,稳偏时间小于300μs,比闭环控制稳偏器（几十ms）快数十倍。应用该系统实现了对突发干扰的偏振态稳定,并且成功提升了干扰条件下偏振编码通信系统的信号质量。（3）提出并研制一种基于SOA的NPR效应的腔内掺铒光纤放大器增强型高阶主动锁模光纤环形激光器,实现了1.36 ps脉宽、GHz量级高重频锁模脉冲输出。通过调整系统参数,分别获得了2、4、5、6、7、8、10阶的有理数谐波锁模脉冲输出。并通过高阶主动锁模实现了40 GHz量级的皮秒脉冲序列输出,输出射频谱中信噪比超过40 d B,该信号源可直接应用于超高速光通信系统（例如光时分复用系统中）。（4）设计完成一种基于高阶主动锁模光纤环形激光器的新型全光时钟提取方案,成功实现了对时钟频率为6 GHz和12 GHz的伪随机码调制的非归零光信号全光时钟提取,获得了6 GHz和12 GHz的光时钟信号。相较于其他非归零信号的时钟提取方案,该方案不需要对非归零信号在腔外进行预处理来增强时钟分量,大大降低了系统复杂度。（5）基于主动锁模光纤激光器,应用脉冲衰减法成功制备出一种具有理想泊松分布的单光子源,速率约10 k/s,可直接用于基于单光子的量子密码通信。进而利用I型BBO晶体对1552 nm锁模激光进行二倍频,获得了776 nm的倍频光,再通过II型BBO晶体参量下转换,制备出1552 nm通信波段的纠缠态光信号,可作为量子通信纠缠态光源。本文研制成功的高重频主动锁模皮秒激光信号源,具有脉冲短（～1 ps）、重频高（40 GHz及以上）、重频可调及稳定性好等优势,是未来超高速光通信的理想信号源。同时,利用该信号源,可直接获得频率可调的单光子源,满足高速量子密钥分发的需求;亦可通过非线性过程制备纠缠态,应用于量子隐形传态。
赖俊森,赵文玉,张海懿[2]（2021）在《量子信息网络概念原理与发展前景初探》文中进行了进一步梳理近年来,以量子计算、量子通信和量子精密测量为代表的量子信息技术发展迅速,成为业界关注焦点之一。通过对量子信息网络基本概念原理、研究项目布局、科研探索进展、未来发展前景等问题的分析探讨可知,量子信息网络通过量子态信息的传输,可以实现量子计算机和量子传感器等量子信息处理系统和节点的互联和组网,是未来量子信息技术发展演进和融合的重要方向之一。
黄锦南[3]（2021）在《基于复杂网络方法的《哈萨克斯坦真理报》中国形象研究》文中认为哈萨克斯坦是我国的世代友好邻邦以及“一带一路”倡议的首倡之地和先行先试地区。随着“一带一路”倡议的不断推进,中国在哈萨克斯坦媒体中的国家形象研究越来越受到各学科研究者的重视。然而,已有成果大部分采用了基于还原论的研究方法,并不能完全契合国家形象作为一个复杂系统其本身固有的整体性和系统性特质,忽略了国家形象系统内部的动力学特征和涌现。因此,本论文将网络科学的复杂网络方法引入国家形象研究,以检验该方法在国家形象系统研究中的有效性。本文选取了哈萨克斯坦官方报纸《哈萨克斯坦真理报》为研究对象,收集了2014年7月至2018年6月的全部涉华报道和2019年12月至2021年2月与新冠疫情相关的部分涉华报道文本,构建了一大一小、一整体一局部的两种文本数据库,基于复杂网络方法,结合诸如国际关系学、经济学、社会学等学科的相关研究成果以及中哈两国政府的各项大政方针政策,对“一带一路”背景下中国在哈萨克斯坦官方媒体中的整体国家形象进行了全面挖掘和研究,并对新冠疫情背景下中国在哈官媒中的国家形象进行了具体的个案分析。研究结果显示,《哈真理报》涉华报道主要展现了以下4个角度的中国形象:（1）哈萨克斯坦的永久全面战略伙伴形象;（2）哈萨克斯坦的全方位支持者形象;（3）社会主义现代化强国形象;（4）灾害频发的国家形象。本论文的研究目的主要包括:（1）对国别区域研究的方法创新作出探索,尝试复杂网络方法在国家形象研究中的应用;（2）挖掘和呈现“一带一路”和新冠疫情背景下哈萨克斯坦官方报纸《哈真理报》中的中国形象;（3）为国家形象、国别区域、乃至其他领域研究者提供哈萨克斯坦官方报纸的客观中国形象数据和真实报道文本。
李儒颂[4]（2021）在《1.3μm高速光子晶体面发射激光器与拓扑面发射激光器研究》文中进行了进一步梳理随着智慧城市、5G网络、人工智能、云计算和大数据中心等新一代信息技术的快速发展,网络数据流量在近年来呈现出指数增长趋势,促使光互连技术向更高速率、更大容量和更低功耗的方向发展。高速面发射激光器作为该领域关键核心器件,具有重要的研究价值和广阔的应用前景。垂直腔面发射激光器（VCSELs）由于长波长DBR难以外延生长且具有较大的损耗和串联电阻,因而还难以满足应用需求。而光子晶体面发射激光器（PCSELs）具有大面积单模激射、任意光束整形与偏振调控、片上二维光束控制及波长易于拓展等多种突出功能,因此在实现光纤的两个低损耗传输窗口（1.31μm,1.55μm）更具优势。近年来,受凝聚态中拓扑相和拓扑相变概念的启发,基于拓扑能带论的拓扑光子学正在兴起,其中具有鲁棒性的拓扑腔面发射激光器（TCSELs）不仅拥有高光束质量的优点,而且可以产生携带轨道角动量（OAM）的涡旋光束。OAM复用技术可极大提高光通信系统的信道容量,是未来通信技术的重要发展方向。本论文基于光子晶体对光子态的调控,结合光子晶体微腔与光子晶体带边激射原理设计出了具有异质光子晶体腔结构,为实现高速PCSELs提供了可行性方案,同时将具有拓扑性质的光子晶体引入面发射激光器中并通过合理的优化设计,以达到高速、大功率、低阈值、窄线宽和提高边模抑制比的目的,具有潜在替代现有VCSELs的优势。主要研究内容和创新成果如下:1.对PCSELs的带边激射原理和阈值增益进行了理论分析,并结合半导体激光器速率方程推导出了PCSELs的光功率公式,同时分析了二维光子拓扑绝缘体的边界态与拓扑相变机理,为研制高速PCSELs与TCSELs提供了理论基础。2.开展了高速双晶格PCSELs的理论研究。设计了增强面内光反馈的PCSELs,其谐振腔是由两种具有不同光子带隙的光子晶体组成的面内异质结构,除了利用光子晶体带边的光反馈外,还利用了两种光子晶体边界的反射,并通过调控其中双晶格光子晶体的两个空气孔间距来提高反向传播光之间的一维耦合系数,从而实现对激射模式的强面内限制。通过三维时域有限差分法（3D-FDTD）证实了我们所提出的异质PCSELs可以在较小的正方形区域内实现1.3μm单模激射,并可能实现大于30 GHz的3d B调制带宽。3.开展了基于Dirac点高速PCSELs的理论研究。通过调控光子晶体参数得到双Dirac锥形色散,设计了增强Dirac点面内反馈的PCSELs,并且由于在Dirac点态密度可以降为零,而自发辐射耦合系数?与态密度成反比,因此利用Dirac点作为带边激射,可有效提高PCSELs调制速率,通过3D-FDTD证实其是以四极模激射,在基于少模的空分复用系统中可能具有潜在的应用。4.开展了基于能带反转光场限制效应的高速拓扑体态面发射激光器的理论研究。拓扑谐振腔是由拓扑态光子晶体（R2=1.05R0）外围完整拼接与其带隙相当的拓扑平庸态光子晶体（R1=0.94R0）构成,在拼接的边界处会产生光场的反射和限制效应,通过3D-FDTD证实其可在较小的正六边形区域内实现1.3μm低发散角单模激射。此外,该拓扑体态面发射激光器由于能带反转引起的反射只发生在靠近布里渊区中心附近的一个很小的波矢范围,因此限制了能够获得有效反馈的模式数目,这种模式选择机制与带边模式PCSELs完全不同,更有利于实现单模面发射,在高速光通信领域中的应用将更具有优势。5.开展了高速Dirac涡旋腔面发射激光器的理论研究。通过对正常蜂窝光子晶体超胞应用广义的Kekulé调制和收缩操作,然后将它们完整拼接得到异质Dirac涡旋腔（具有鲁棒的中间带隙模）,同时适当调控腔中子晶格的尺寸,使得带间模收敛于Dirac点频率并处于外围光子晶体的禁带中,以达到增强带间模面内光反馈的目的,从而有利于实现高速调制。研究结果表明,以该异质Dirac涡旋腔的带间模作为带边激射,可在较小的区域内实现1.3μm单模矢量光束输出,这为发展具有优异性能的新型高速拓扑PCSELs提供了可能。
周勇[5]（2021）在《倏逝场在原子介质中非线性传播特性研究》文中研究说明光与物质相互作用的研究一直是备受人们关注的领域。近年来,随着人们对微纳光子器件应用的迫切需求和微纳加工技术的日益成熟,微纳波导体系中光与相干介质相互作用的研究逐渐发展成为微纳光学中最活跃的分支之一。微纳波导中的电磁场模式分布通常为倏逝波,即电场强度在垂直波导表面方向随远离界面的距离呈指数形式衰减,如金属微纳波导中的表面等离激元（Surface Plasmon Polaritons,简称为SPPs）、纳米光纤表面倏逝波等,其具有局域场增强等优异特性,可以显着增强光场与介质的相互作用,从而实现两者的强耦合相互作用并促进非线性光学现象的产生,这就为研究非线性和量子干涉效应提供了新的平台与课题,同时也带来了获得有关科学发现与应用的新契机。本文的主要目的是通过对金属-电介质-金属波导和纳米光纤中倏逝波与相干介质的量子干涉及非线性效应的研究,深入发展处理微纳波导体系中倏逝波与原子介质共振相互作用的基本理论和计算方法,并探索其在微纳集成全光信息处理中的潜在应用。本文的主要研究内容和结果包括以下几个方面:1、金属-电介质-金属波导中SPPs俘获及轨迹相干操控的研究。研究了MDM（Metal-Dielectric-Metal,简称为MDM）波导中反对称横磁模式与倒Y型四能级热原子气体的共振相互作用,基于双电磁感应透明（Double Electromagnetically Induced Transparency,简称为DEIT）机制和交叉相位调制（cross-phase modulation,简称为CPM）,我们提出了一种实现低损耗SPPs俘获及操控的非线性磁光调控方案。首先,利用非相干泵浦机制极大地抑制了波导中SPPs的欧姆损耗,实现了慢光SPPs的线性长距离稳定传播。其次,利用波导中SPPs与倒Y型能级激发构型热原子气体的DEIT所提供的巨克尔效应和SPPs的衍射效应相平衡,实现了SPPs孤子的产生,并利用SPPs孤子和CPM实现了对弱光水平SPPs的俘获,进一步通过对被俘获SPPs的调控,实现了散焦SPPs的再聚焦。最后,利用外加梯度磁场,实现了SPPs的类斯特恩-盖拉赫效应,即SPPs在梯度磁场中可以发生偏转,通过调整外加梯度磁场的空间分布和时间,我们实现了对SPPs轨迹的操控。该研究所得到的结果在未来全光芯片上光集成、光信息处理等领域均具有潜在应用价值。2、纳米光纤表面慢光孤子存储及读取的研究。研究了纳米光纤表面基模与三能级Ladder型里德堡原子气体的共振相互作用,并在理论上实现了非线性区间纳米光纤系统中基于电磁感应透明机制（electromagnetically induced transparency,简称为EIT）的光存储效应。由于光被紧束缚在纳米光纤表面,光与原子的相互作用变强,EIT效应也得到增强。由于模式的非均匀分布,EIT的色散也具有空间分布不均匀的特征。我们发展了一套系统地处理体系中非均匀效应的平均场理论,发现了纳米光纤表面孤子的存在,并基于EIT机制实现了纳米光纤表面孤子的高效率、高保真度的存储与读取。同时,提供了优化纳米光纤表面孤子存储的理论方案。该工作在光互联、全光信息处理等领域具有重要应用价值。3、掺杂稀土离子晶体材料中量子干涉效应的研究。我们选取了两种典型的能级激发构型,包括Λ型和V型,考虑了能级的非均匀展宽,系统地研究了光与多能级掺杂稀土离子晶体材料共振相互作用过程中量子干涉效应的特性。研究发现,在弱控制光条件下,Λ型系统中存在相消量子干涉,导致了探测光的吸收谱在共振频率附近出现EIT效应,随着控制光的强度逐渐增强,吸收谱中量子干涉效应的贡献逐渐减少。对于双峰结构的吸收谱随着控制光强逐渐增强,发生了EIT-Autler-Townes分裂渡越效应。而在V型系统中,探测光吸收谱中透明窗口的出现主要是由于饱和吸收效应,其量子干涉为相长干涉。该工作发展了一套处理非均匀展宽介质中光谱分解的方法,所得到的结果在固态全光信息处理等领域具有应用价值。本论文共由六章组成:第一章为综述,主要介绍了在微纳波导结构中倏逝波与相干介质的相互作用,并介绍了表面等离激元的非线性效应和磁光调控,以及光孤子及非线性光脉冲的存储及读取的研究进展。第二章主要介绍了文章所研究的微纳波导的电磁场模式分析的理论方法,并介绍了研究光与物质相互作用的一般理论方法。第三章到第五章是基于理论方法开展的研究工作。第三章对金属-电介质-金属波导结构弱光场信号的俘获及轨迹操控进行了研究。第四章研究了纳米光纤中基于电磁感应透明机制的光存储及读取。第五章研究了掺杂稀土元素晶体材料量子干涉效应。第六章是对所做工作的总结,并展望未来的研究工作。
王伟[6]（2021）在《基于四波混频过程构建量子网络的实验研究》文中研究指明在上个世纪初,着名的物理学家马克斯·普朗克提出了一个新的物理概念:量子,它被认为是现代物理学中最重要的概念之一。在物理学中,量子被用来表示一个不可被分割的基本个体,是将物理学从宏观世界带入到微观世界的基石。由此发展出的量子力学和量子光学等学科也已经成为现代物理学的重要研究领域。我在博士期间的主要研究方向是以原子系综为基础,通过非线性光学过程来产生量子关联光束和量子纠缠光束等量子资源。量子资源已经被证明可以应用于量子通信、量子计算和量子精密测量等方面。目前可以产生量子资源的方法包括光量子、超导量子比特、离子阱和超冷原子等。其中各种方法都有着各自独特的优势和应用前景。对于光量子而言,由于它有着相干时间长、操控简单、与集成光学相容和拓展性好等特点,近年来受到越来越多的关注。而我们所用的非线性过程为四波混频过程,更是在近年来被证明是产生量子关联光束和量子纠缠光束的有效方法之一。本文主要介绍基于四波混频过程构建量子网络的实验研究。具体将从以下三个方面介绍:1、在实验上成功搭建了级联四波混频系统,在连续变量量子体系中产生了三组份量子关联光束。通过强度差探测方法对输出光场的强度差压缩度进行了测量。在理论上对三组份量子关联中成对关联进行了表征,并在实验上进行了相关测量。同时分析了所有的成对关联对系统增益的依赖性。我们的结果为多组份量子关联光束内部结构的分析提供了新的思路。2、在实验上构建了一个空间结构泵浦光束,通过这种空间结构的泵浦光束在一个热铷原子池中集成了七个非线性相互作用过程,利用这七个非线性过程,产生了连续变量六组份纠缠网络。由于量子纠缠是脆弱的,并且容易和外部环境发生作用,所以我们在实验上模拟了三种可能会在实际应用当中遇到的情景,并在这三种情况下研究了损耗对六组份纠缠网络的影响。预计我们的研究结果将会在实现复杂的量子信息任务中有潜在的应用。3、多组份纠缠是构建量子网络的基础,它的规模决定了量子网络的量子信息处理和承载能力。我们在两个方面对量子网络的规模进行了扩展,分别是纠缠的数量和纠缠的通道。我们创新性地将泵浦整形技术和光学轨道角动量复用技术相结合:首先,通过对泵浦光束进行整形,在单个原子系综中集成了七个非线性过程,成功构造出了一个空间分离的六组份纠缠网络;然后通过光学轨道角动量复用技术,在每一个节点上都确定性地产生了11个相互正交且可同时访问的纠缠通道,从而在单个铷原子蒸汽池中生成了基于光学轨道角动量的量子网络。利用基于光学轨道角动量模式的量子纠缠检测方案在实验上对输出光场之间的纠缠特性进行了验证。除此之外,由于相干叠加的光学轨道角动量模式在大气湍流等条件下的抗损耗特性,所以我们还对相干叠加的轨道角动量模式之间的纠缠特性进行了研究,充分的展示了系统丰富的量子特性。实验结果表明我们的方法为构建大规模光学量子网络提供了一个新的途径。
刘璐[7]（2021）在《高维测量设备无关量子安全直接通信研究》文中进行了进一步梳理随着数字化时代的来临,数据安全的重要性日益凸显。在经典保密通信中,数据的安全性主要是由一些数学难题的计算复杂度保障的。但是随着量子算法和量子计算机的进步,这些经典加密方式不再难以破解。幸运的是,量子保密通信可以为数据提供基于量子力学物理规律的无条件安全性,一经问世便引起了国内外的广泛关注。经过几十年的快速发展,目前量子通信已经有了量子密钥分发,量子秘密共享等多个子领域。量子安全直接通信是量子通信的一个重要分支,该类通信方案不需要提前制备分发密钥,能够利用编码量子比特直接地在量子信道中传递信息,在简化通信过程的同时,它仍然能够保证秘密信息的无条件安全性,具有良好的应用前景。近年来,量子安全直接通信在理论和实验方面都已经取得了一定的进展,目前限制它得到实用化的因素主要包括信道容量和信道损耗两个方面。本硕士论文针对量子安全直接通信研究中的这一关键问题开展研究,设计实现了一个高维的测量设备无关量子安全直接通信方案,能够有效提高协议成码率。方案中使用光子的空间模式自由度作为编码自由度,将编码希尔伯特空间从二维拓展到N维,能够有效提高光子编码效率,增强信道噪声容忍度,最终实现协议成码率的增长。另一方面,为了增加通信距离,使得设计出的量子通信方案在当前技术条件下更具可实现性,本文将测量设备无关技术与量子安全直接通信方案进行了结合,实现前述目的的同时还增强了协议的实际安全性。为了直观地展现协议的性能,在考虑实际影响因素的情况下,使用MATLAB软件对协议通信过程进行了仿真,并对仿真结果进行了讨论与分析。
曹原[8]（2021）在《量子密钥分发组网与应用关键技术研究》文中认为当今时代,保障网络信息安全已经成为关系国家经济发展、社会稳定乃至国家安全的重要战略任务。量子密钥分发是量子通信的重要分支,对促进战略性新兴产业发展、提升国家安全实力具有重要意义。量子密钥分发网络是一种以量子密钥分发技术为核心的新型网络形态,为保障网络信息安全开辟了一条新的道路。本论文以量子密钥分发组网与应用关键技术为中心,围绕“密钥存储、密钥中继、密钥提供、密钥服务”四个视角展开研究。针对量子密钥分发组网与应用的“灵活化、经济化、高效化、智能化”四个核心挑战,主要完成了量子密钥分发网络“密钥池灵活化构建技术、中继部署成本优化技术、多租户高效率提供技术、软件定义智能服务技术”四项技术创新,攻克了“低码率密钥资源与多业务密钥需求的最优化适配”这一科学问题,为量子密钥分发网络可扩展、高灵活及低时延应用提供了理论支撑,弥补了该领域研究短板,提升了量子密钥分发网络的智能化水平。主要工作和创新点如下:第一,针对“密钥存储”视角的技术挑战:如何进行量子密钥分发网络密钥池的灵活构建,以改进密钥存储灵活性和提升密钥池构建成功率?研究了量子密钥分发网络密钥池灵活化构建技术,提出了一种基于时间调度的量子密钥池构建方法。通过切片化方式将波/纤信道资源划分为更加精细的时/波/纤信道资源,在光纤网络上实现了量子密钥池的灵活构建。设计了面向时间调度量子密钥池构建的整数线性规划模型和基于联合路径/链路的路由、波长与时隙分配算法,分析了固定/灵活密钥消耗、均匀/非均匀时隙分配等问题,挖掘了量子密钥池构建成功率与多参数相互影响的关联关系,实现了量子密钥池构建成功率的灵活提升,使其最高可达100%。第二,针对“密钥中继”视角的技术挑战:如何对量子密钥分发网络多中继部署进行成本优化,以降低密钥中继成本和提升网络安全级别?研究了量子密钥分发网络中继部署成本优化技术,提出了面向可信中继和混合中继部署成本优化的量子密钥分发组网方案。针对可信中继组网场景,通过构建可信中继组网成本模型以及设计整数线性规划模型和启发式算法,提出了基于可信中继的量子密钥分发网络成本优化策略,实现了可信中继的最优部署,相比基准算法（随机路由和信道分配）成本降低31%。针对混合中继组网场景,通过构建混合中继组网成本模型和安全模型以及设计启发式算法,提出了基于混合中继的量子密钥分发网络成本优化策略,相比可信中继方案可使量子密钥分发网络部署成本降低25%、安全级别提升115%。第三,针对“密钥提供”视角的技术挑战:如何实现量子密钥分发网络多租户的高效提供,以提升密钥提供效率和降低租户请求阻塞率?研究了量子密钥分发网络多租户高效率提供技术,率先提出了量子密钥分发网络离线多租户和在线多租户高效提供策略。针对离线多租户场景,设计了离线多租户密钥生成率共享机制,提出了离线多租户密钥分配算法,揭示了离线租户请求成功率和全网密钥资源利用率的联合提升机理,实现了密钥资源供给与离线多租户密钥需求之间的高度均衡。针对在线多租户场景,设计了基于随机调度、匹配调度和最佳适配调度的在线多租户提供算法,提出了基于强化学习的在线多租户高效提供方案,相比三种启发式算法可使在线租户请求阻塞率降低60%、全网密钥资源利用率提升8.96%。第四,针对“密钥服务”视角的技术挑战:如何完成量子密钥分发网络服务的按需定制,以增强密钥服务智能性和降低量子密钥分发服务控制时延?研究了量子密钥分发网络软件定义智能服务技术,提出了一种软件定义量子密钥分发即服务架构,具体构建了软件定义量子密钥分发即服务控制体系,从协议扩展、跨层交互流程、路由和密钥分配策略三个方面提出了软件定义量子密钥分发即服务实现方法。搭建了软件定义量子密钥分发即服务网络实验平台,测试并验证了软件定义控制技术有利于提升密钥服务的智能化水平,将量子密钥分发服务的控制时延从秒级降低至毫秒级。该工作利用软件定义控制技术实现了量子密钥分发服务的智能创建、修改和删除,为量子密钥分发智能化组网与低时延应用奠定了基础。
刘超[9]（2021）在《基于飞秒激光直写的可集成固态量子存储器研究》文中研究说明量子存储器是量子信息科学中的一种核心器件。它能将预报单光子转化为确定单光子、增进量子精密测量的精度、同步量子计算中的门操作。基于量子存储器的量子中继方案,能够有效地克服光信号在光纤中传输时的指数衰减问题,从而实现远距离的量子通信。目前量子存储器的研究已经取得了长足的进展,为了推动量子存储器的实际应用,研究小型化可集成化的量子存储器,具有重大意义。基于固态体系的量子存储器,具有物理和化学性质稳定、易于加工和与其他器件集成的优点,很适合用来研制可集成量子存储器。掺杂在固体中的稀土离子,在低温下具有很长的相干寿命,是一种具有非常好的应用前景的量子存储材料。我博士阶段主要基于稀土掺杂晶体,利用飞秒激光直写技术研制可集成的固态量子存储器。本文取得的主要研究成果如下:1.测定掺Nd3+硅酸钇晶体中143Nd3+离子光学基态的自旋哈密顿量。量子存储依赖于存储介质中具体的能级,在应用量子存储方案之前,我们需要选择合适的能级体系,因而需要了解该介质详细的能级结构,也就是说需要知道该体系的哈密顿量。143Nd3+离子是一种典型的Kramers离子,它具有S=1/2的电子自旋以及I=7/2的核自旋,光学基态共有16个能级,采用传统的光谱学的方法很难定出它的自旋哈密顿量。我利用参与研制的脉冲式超低温电子顺磁共振谱仪,结合自己编写的程序,拟合出了掺钕硅酸钇（Nd3+:Y2SiO5）晶体中143Nd3+离子光学基态的自旋哈密顿量,拟合偏差接近于实验数据的误差。该方法也可直接应用于其他Kramers离子自旋哈密顿量的测定。2.参与搭建基于稀土掺杂晶体的可集成固态量子存储平台。飞秒激光直写技术具有加工精度高,可重复性、稳定性好的优点。我采用该技术在稀土掺杂晶体上刻蚀Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ型的光波导,一条光波导就可以作为一个量子存储器使用。这些不同种类的光波导在量子信息科学中有不同的应用,其中Ⅱ型光波导能极大地增强光场的功率密度;Ⅲ型光波导则能够支持不同偏振光的单模传输;Ⅳ型光波导位于晶体的表面20微米内,便于与其他的片上可集成器件对接。3.实现基于掺铕硅酸钇（151Eu3+:Y2SiO5）晶体的高保真度相干光存储。151Eu3+:Y2SiO5晶体可表现出长达6个小时的自旋相干时间,这是目前所有体系中最长的相干时间,这种独特的性质使得它在量子信息领域中具有非常好的应用前景。我在151Eu3+:Y2SiO5中晶体刻蚀出Ⅱ型光波导,该波导能够很好地与单模光纤兼容,插入损耗最低可达4.95 dB。接着我在Ⅱ型光波导中演示了基于两种不同存储方案的相干光存储,存储保真度均在99%左右,证明了基于Ⅱ型光波导的存储器的可靠性。4.实现按需式读取的可集成固态量子存储器。我在151Eu3+:Y2SiO5晶体的表面上刻蚀片上光波导,并在光波导的旁边引入电极,利用Stark调制的原子频率梳方案,实现了光量子比特的按需读取,存储保真度为99.3%±0.2%,这接近基于块状晶体的量子存储器中获得的99.9%的最高保真度的记录。通过在电极上施加两个峰值电压为5V的电场脉冲,就能主动地控制存储时间。这种跟晶体管-晶体管逻辑兼容的设置,为基于波导的量子存储器的进一步扩展和集成奠定了基础。
窦天琦[10]（2021）在《光纤量子保密通信系统的关键问题研究》文中认为自古以来,信息的沟通与交流就是人们相互联系的重要形式。在如今的信息社会中,确保信息传递的安全就变得尤为重要。随着量子信息技术的迅速发展,量子保密通信作为一种理论上无条件安全的通信方式受到广泛关注。与基于计算复杂度的经典密码体系相比,基于量子力学基本原理的量子保密通信系统能够建立更加强大的信息安全壁垒。第一个量子保密通信协议——BB84协议提出以后,经过三十多年的发展,量子保密通信在理论、实验和实用化的各个方面都有了长足的发展。量子保密通信不仅在金融、证券等行业受到广泛关注,而且在政务、国防等领域逐步应用。“京沪干线”、“墨子号”量子实验卫星以及商用量子密钥分发系统的部署与应用标志着我国在量子保密通信领域位居世界前列。本文的第一章和第二章介绍了量子保密通信领域的重要研究进展,并对量子保密通信系统进行了概述。目前,量子保密通信系统逐渐从理论上的实验验证,朝着实用化、面向不同应用场景不断迈进。具体来说,就是提高安全密钥生成率和传输距离以及在实际的通信系统中更加灵活高效的实现多用户间无条件安全的信息传递。本文从理论和实验两个方面对上述光纤量子保密通信系统的关键性问题进行了研究,具体包括:（1）标记配对相干态光源的参考系无关的量子密钥分发协议研究分析量子密钥分发的相关理论协议,并考虑实际通信系统源制备的不完美,提出基于标记配对相干态光源的参考系无关的量子密钥分发协议。与目前广泛使用的衰减的弱相干光源相比,该协议使用单光子部分占比较大的标记配对相干态光源;考虑到实际系统在制备量子态时可能出现的不完美,该协议采用可容忍源缺陷的loss-tolerant 协议,同时结合无需参考系校准的参考系无关的量子密钥分发协议。仿真结果显示该协议在密钥生成率和传输距离上优于基于弱相干光源的协议,对于量子保密通信系统的性能优化具有参考意义。（2）可自由选择用户的量子通信方案考虑实际的量子通信网络中参与通信的用户会随着信息需求的不同而改变这一实际问题,提出一个可自由选择用户的量子通信方案。发送方Alice可以任意选择与之通信的用户,没有被选择的用户将不会参与到此次通信。利用双向的量子密钥分发协议和环形量子秘密共享协议,该方案极大地提高了量子保密通信系统的灵活性和效率。（3）完全对称的可制备和测量量子态的量子密钥分发系统根据现有量子密钥分发系统的编码方案,提出一个完全对称的可制备和测量量子态的量子密钥分发系统。在该系统中,通信双方具有完全相同且对称的装置,不仅易于系统的集成、降低系统的搭建复杂性,而且也极大地提升了系统的灵活性和实用性。此外,该系统是一个单向编码系统,有利于通信双方通过提高重复频率的方式而提高成码率,无需考虑时序引起的编码问题,进一步推进了量子密钥分发系统的实用化。（4）基于波分复用的参考系无关的量子密钥分发协议的性能研究结合现有的量子密钥分发网络,详细分析基于波分复用的参考系无关的量子密钥分发协议的性能。研究经典信号和量子信号共纤传输过程中信道串扰噪声和拉曼散射噪声对量子密钥分发系统的安全密钥生成率和传输距离的影响,并对不同信道参数下量子密钥分发协议的具体性能进行了理论仿真分析。将高通信容量的波分复用技术结合可抵抗环境扰动的参考系无关的量子密钥分发协议对于量子密钥分发网络的实际应用具有借鉴意义。
二、量子通信的研究进展和发展前景（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、量子通信的研究进展和发展前景（论文提纲范文）
（1）40 GHz锁模皮秒激光信号源关键技术与应用研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 缩写词索引 |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.1.1 光通信 |
| 1.1.2 量子通信 |
| 1.1.3 发展需求 |
| 1.2 锁模脉冲信号源 |
| 1.2.1 研究进展 |
| 1.2.2 锁模技术概述 |
| 1.3 全光时钟提取 |
| 1.4 量子光通信信号源 |
| 1.4.1 单光子信号源 |
| 1.4.2 纠缠光子信号源 |
| 1.5 面临的新问题 |
| 1.6 本文的主要研究工作 |
| 2 理论基础 |
| 2.1 锁模激光器理论 |
| 2.1.1 被动锁模 |
| 2.1.2 主动锁模 |
| 2.1.3 有理数锁模 |
| 2.2 脉冲光信号的测量与时钟提取原理 |
| 2.2.1 脉冲形状的自相关测量 |
| 2.2.2 信号抖动的互相关测量 |
| 2.2.3 全光时钟提取 |
| 2.3 量子光源的理论描述 |
| 2.3.1 单光子源 |
| 2.3.2 光量子纠缠源 |
| 2.4 本章小节 |
| 3 被动锁模光纤环形激光器 |
| 3.1 基于SOA非线性偏振旋转的被动锁模激光器 |
| 3.1.1 实验系统与原理概述 |
| 3.1.2 EDFA和 SOA的增益特性 |
| 3.1.3 基频率锁模与脉冲波形 |
| 3.2 被动锁模光纤激光器中的调Q脉冲和矩形脉冲 |
| 3.2.1 实验系统简介 |
| 3.2.2 调Q脉冲和矩形脉冲 |
| 3.2.3 矩形脉冲的演化 |
| 3.3 光纤激光器系统偏振态的控制与稳定 |
| 3.3.1 高速稳偏器原理 |
| 3.3.2 稳偏器三单元控制的必要性 |
| 3.3.3 稳偏器的精度和响应时间 |
| 3.3.4 稳偏器的应用效果 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 40 GHz主动锁模皮秒信号源的产生与全光时钟提取 |
| 4.1 主动锁模光纤环形激光器 |
| 4.1.1 实验系统与原理概述 |
| 4.1.2 调制频率对锁模脉冲的影响与精确基频获取 |
| 4.1.3 锁模皮秒激光信号源的测量 |
| 4.2 高阶主动锁模皮秒激光信号源 |
| 4.2.1 5-11 GHz有理数谐波锁模 |
| 4.2.2 40 GHz量级主动锁模实验结果 |
| 4.3 高速PRBS数据的全光时钟提取 |
| 4.3.1 全光时钟提取实验系统 |
| 4.3.2 12 GHz时钟提取实验结果 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 基于锁模皮秒激光源的量子光源制备 |
| 5.1 单光子源的制备 |
| 5.1.1 实验系统与原理概述 |
| 5.1.2 弱脉冲中平均光子数的分布 |
| 5.1.3 单光子源制备实验结果与分析 |
| 5.2 纠缠态量子光源的制备 |
| 5.2.1 纠缠态制备实验系统 |
| 5.2.2 基于BBO晶体的倍频和参量下转换 |
| 5.2.3 纠缠态的测量实验结果 |
| 5.3 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 本文主要研究成果 |
| 6.2 下一步拟进行的工作 |
| 参考文献 |
| 作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果 |
| 学位论文数据集 |
（3）基于复杂网络方法的《哈萨克斯坦真理报》中国形象研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外相关研究综述 |
| 1.3 研究对象 |
| 1.4 研究方法和思路 |
| 1.5 研究创新点及论文结构 |
| 2 整体中国形象系统网络构建与测量 |
| 2.1 关键词同现网络构建及其网络特性分析 |
| 2.2 网络层级分析及核心关键词节点提取 |
| 2.3 核心关键词节点内部网络构建及其加权聚类分析 |
| 3 中哈非经济关系属性聚类之中国形象分析 |
| 3.1 中哈首脑外交属性关键词节点聚类的中国形象分析 |
| 3.1.1 不断升级的全面战略伙伴形象 |
| 3.1.2 值得信任、不吝支持的好朋友形象 |
| 3.1.3 潜力巨大、优势互补的合作伙伴形象 |
| 3.2 中哈边境和安全合作属性关键词节点聚类的中国形象分析 |
| 3.2.1 中哈边境繁荣共建者形象 |
| 3.2.2 上合组织框架下哈重要安全合作伙伴形象 |
| 3.2.3 哈打击边境走私活动合作者形象 |
| 3.3 中哈人文交流属性关键词节点聚类的中国形象分析 |
| 3.3.1 哈萨克斯坦文化传播的支持者形象 |
| 3.3.2 中哈人文交流的推动者形象 |
| 3.3.3 丝路复兴的倡导者和实践者形象 |
| 3.4 关键词节点“2017 阿斯塔纳世博会”的中国形象分析 |
| 3.4.1 阿斯塔纳世博会的积极参与者形象 |
| 3.4.2 阿斯塔纳世博会的全方位支持者形象 |
| 3.4.3 历史悠久、底蕴丰厚的可持续发展大国形象 |
| 4 经济属性聚类之中国形象分析 |
| 4.1 哈对华出口属性关键词节点聚类的中国形象分析 |
| 4.1.1 哈对华出口贸易的积极推动者形象 |
| 4.1.2 哈出口贸易的重要市场形象 |
| 4.2 中哈交通运输合作属性关键词节点聚类的中国形象分析 |
| 4.2.1 富有成效的交通运输合作伙伴形象 |
| 4.2.2 哈过境运输潜力释放的驱动者形象 |
| 4.3 中哈投资合作属性关键词节点聚类的中国形象分析 |
| 4.3.1 中哈投资合作的推动者形象 |
| 4.3.2 带来多重利好和雪中送炭的对哈投资者形象 |
| 4.4 中国国内经济属性关键词节点聚类的中国形象分析 |
| 4.4.1 飞速发展、迎难而上的经济强国形象 |
| 4.4.2 攻坚克难、施工高效的基建强国形象 |
| 5 游离核心关键词节点之中国形象分析 |
| 5.1 游离核心关键词节点“技术”的中国形象分析 |
| 5.1.1 自主创新、积极进取的科技强国形象 |
| 5.1.2 科技惠民的社会主义大国形象 |
| 5.2 灾难属性游离核心关键词节点的中国形象分析 |
| 5.2.1 灾害频发的国家形象 |
| 5.2.2 以人民为中心的社会主义大国形象 |
| 6 中国形象之新冠疫情涉华报道个案分析 |
| 6.1 中哈关系属性关键词节点聚类的中国形象分析 |
| 6.1.1 哈永久全面战略伙伴形象 |
| 6.1.2 哈重要经济合作伙伴形象 |
| 6.2 中国国内抗疫属性关键词节点聚类的中国形象分析 |
| 6.2.1 以人民为中心的社会主义大国形象 |
| 6.2.2 医疗系统强大、践行人类命运共同体倡议的大国形象 |
| 7 结论 |
| 参考文献 |
| 作者简历及在学期间所取得的科研成果 |
（4）1.3μm高速光子晶体面发射激光器与拓扑面发射激光器研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 高速半导体激光器及其研究状况概述 |
| 1.2.1 高速垂直腔面发射激光器(VCSELs)概述 |
| 1.2.2 高速分布反馈(DFB)激光器概述 |
| 1.2.3 高速量子级联激光器(QCLs)概述 |
| 1.2.4 高速光子晶体激光器(PCLs)概述 |
| 1.2.5 高速半导体激光器的瓶颈及发展趋势 |
| 1.3 光子晶体面发射激光器(PCSELs)研究进展 |
| 1.3.1 大面积相干1.3μm PCSELs |
| 1.3.2 PCSELs的光束模式控制 |
| 1.3.3 PCSELs的光束控制 |
| 1.3.4 高亮度PCSELs |
| 1.4 拓扑光子学 |
| 1.4.1 从拓扑电子学到拓扑光子学 |
| 1.4.2 拓扑光子晶体激光器研究进展 |
| 1.5 涡旋光束 |
| 1.5.1 涡旋光束的发展历程 |
| 1.5.2 涡旋光束光通信原理及优势 |
| 1.5.3 OAM模式的复用与解复用 |
| 1.5.4 OAM编码通信技术 |
| 1.5.5 拓扑涡旋激光器研究进展 |
| 1.6 本论文选题依据及主要研究内容 |
| 第二章 高速光子晶体面发射激光器的理论基础 |
| 2.1 半导体激光器速率方程理论 |
| 2.1.1 量子阱激光器速率方程模型 |
| 2.1.2 量子级联激光器速率方程模型 |
| 2.1.3 量子点激光器速率方程模型 |
| 2.2 半导体激光器的直接调制原理 |
| 2.3 光子晶体面发射激光器(PCSELs)的理论基础 |
| 2.3.1 PCSELs带边激射原理 |
| 2.3.2 PCSELs阈值增益 |
| 2.3.3 PCSELs输出光功率 |
| 2.3.4 PCSELs输出光功率的提高方法 |
| 2.3.5 PCSELs三维耦合波理论 |
| 2.4 Purcell因子和自发辐射因子 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 拓扑光子学基础 |
| 3.1 拓扑绝缘体与Dirac方程 |
| 3.1.1 Dirac方程和束缚态的解 |
| 3.1.2 修正的Dirac方程与Z2 拓扑不变量 |
| 3.1.3 拓扑不变量与量子相变 |
| 3.1.4 拓扑保护的边界态解 |
| 3.2 拓扑物理中的经典模型 |
| 3.2.1 Su-Schrieffer-Hegger(SSH)模型 |
| 3.2.2 Haldane模型 |
| 3.2.3 Bernevig-Hughes-Zhang(BHZ)模型 |
| 3.3 光子Dirac锥及其相关物理 |
| 3.3.1 光子晶体中的Dirac锥 |
| 3.3.2 Dirac 光局域模 |
| 3.4 二维光子拓扑绝缘体 |
| 3.4.1 光子拓扑绝缘体中的拓扑不变量 |
| 3.4.2 赝时间反转对称性与赝自旋 |
| 3.4.3 二维拓扑保护边缘态 |
| 3.4.4 拓扑光子晶体的k·P模型 |
| 3.4.5 拓扑光子相变机理 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 1.3μm 高速光子晶体面发射激光器研究 |
| 4.1 双晶格光子晶体谐振腔 |
| 4.1.1 双晶格光子晶体谐振腔的概念 |
| 4.1.2 双晶格光子晶体谐振腔晶格间距的调谐 |
| 4.2 1.3μm高速双晶格光子晶体面发射激光器设计 |
| 4.2.1 异质PCSELs的结构设计 |
| 4.2.2 理论分析 |
| 4.2.3 结论 |
| 4.3 基于Dirac点 1.3μm高速光子晶体面发射激光器的设计 |
| 4.3.1 研究背景 |
| 4.3.2 理论基础 |
| 4.3.3 器件设计 |
| 4.3.4 仿真结果 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 1.3μm 高速拓扑体态面发射激光器研究 |
| 5.1 高速拓扑体态面发射激光器的设计 |
| 5.1.1 二维拓扑光子晶体谐振腔的设计 |
| 5.1.2 仿真结果 |
| 5.2 理论分析 |
| 5.2.1 蜂窝光子晶体的紧束缚模型 |
| 5.2.2 基于赝自旋能带反转分析 |
| 5.2.3 拓扑谐振腔支持的腔模 |
| 5.3 本章小结 |
| 第六章 1.3μm 高速 Dirac 涡旋腔面发射激光器研究 |
| 6.1 矢量光束的理论基础 |
| 6.2 Dirac涡旋腔 |
| 6.2.1 对DFB激光器和VCSELs的拓扑理解 |
| 6.2.2 Jackiw-Rossi零模 |
| 6.2.3 Dirac涡旋腔的参数 |
| 6.2.4 Dirac涡旋腔的性质 |
| 6.3 1.3μm 高速 Dirac 涡旋腔面发射激光器的设计 |
| 6.3.1 异质 Dirac 涡旋腔的设计 |
| 6.3.2 仿真结果 |
| 6.4 本章小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 本论文主要完成工作 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（5）倏逝场在原子介质中非线性传播特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 微纳波导中倏逝波与原子介质的相互作用及其研究进展 |
| 1.2.1 表面等离激元 |
| 1.2.2 金属-电介质波导 |
| 1.2.3 金属-电介质-金属波导 |
| 1.2.4 纳米光纤 |
| 1.3 表面等离激元非线性效应及其研究进展 |
| 1.4 表面等离激元的磁光调控及其研究进展 |
| 1.5 光孤子及非线性光脉冲的存储及读取研究进展 |
| 1.6 论文结构 |
| 第二章 理论方法 |
| 2.1 波导中电磁模式的分析方法 |
| 2.1.1 平面双层波导 |
| 2.1.2 平面三层波导 |
| 2.1.3 纳米光纤波导 |
| 2.2 光与相干介质相互作用的半经典理论 |
| 2.2.1 Maxwell-Bloch方程 |
| 2.3 微纳波导体系中处理光于相干介质相互作用的平均场近似方法 |
| 第三章 金属-电介质-金属波导结构中弱光场信号的俘获及轨迹操控 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 模型简介 |
| 3.3 表面等离激元的增益辅助传播及其线性传播性质 |
| 3.4 SPPs孤子的非线性演化方程 |
| 3.5 通过交叉相位调制用探测场 SPPs 孤子控制信号场 SPPs 孤子 |
| 3.5.1 在没有外磁场下控制信号场SPPs |
| 3.5.2 有外磁场下控制信号场SPPs |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 纳米光纤中基于电磁感应透明机制的光存储及读取的理论研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 模型 |
| 4.3 纳米光纤波导体系的EIT特性 |
| 4.3.1 初态 |
| 4.3.2 线性色散和慢光效应 |
| 4.4 纳米光纤界面上的超慢孤子 |
| 4.4.1 EIT存储的非线性理论 |
| 4.4.2 超慢孤子的存储与读取 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 掺杂稀土元素晶体材料量子干涉效应的理论分析 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 理论模型 |
| 5.3 线性性质 |
| 5.3.1 基态 |
| 5.3.2 线性色散关系 |
| 5.4 量子干涉性质分析 |
| 5.4.1 Λ型系统 |
| 5.4.2 V型系统 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 研究工作总结 |
| 6.2 拟开展的进一步研究工作 |
| 附录A 第三章中一些方程和系数的具体表达式 |
| 附录B 第四章中一些方程和系数的具体表达式 |
| B.1 纳米光纤的电场模式 |
| B.2 Bloch方程的各阶解的形式 |
| B.2.1 Bloch方程 |
| B.2.2 MB方程一阶解的具体形式 |
| B.3 有效MB方程 |
| 附录C 第五章中一些方程和系数的具体表达式 |
| C.1 Λ型和V型能级系统的光学Bloch方程及其一阶解 |
| C.2 两个系统中光谱分解的细节 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
| 致谢 |
（6）基于四波混频过程构建量子网络的实验研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 量子信息科学的发展进程 |
| 1.1.1 量子通信及其研究进展 |
| 1.1.2 量子计算及其研究进展 |
| 1.2 量子光学背景简介 |
| 1.2.1 离散变量量子体系 |
| 1.2.2 连续变量量子体系 |
| 1.3 四波混频在量子信息科学中的应用 |
| 1.4 本论文的主要内容 |
| 2 量子光学基础知识和基本实验手段 |
| 2.1 光场量子态 |
| 2.1.1 相干态 |
| 2.1.2 压缩态 |
| 2.1.3 纠缠态 |
| 2.2 光场非经典态判据 |
| 2.3 实验测量技术 |
| 2.3.1 强度差压缩探测 |
| 2.3.2 平衡零拍探测 |
| 2.4 光学轨道角动量 |
| 2.4.1 拉盖尔高斯模 |
| 2.4.2 光学轨道角动量的应用 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 四波混频系统 |
| 3.1 四波混频过程的基本介绍 |
| 3.1.1 理论模型 |
| 3.1.2 基于铷原子系综四波混频过程的实验实现 |
| 3.2 铷原子四波混频过程的非经典特性 |
| 3.2.1 四波混频强度压缩特性研究 |
| 3.2.2 四波混频纠缠特性研究 |
| 3.3 本章小结 |
| 4 多组份量子关联光束中成对关联的研究 |
| 4.1 多组份量子关联光束中成对关联研究的意义 |
| 4.2 多组份量子关联光束中成对关联的理论分析 |
| 4.3 实验研究多组份量子关联光束中成对关联 |
| 4.4 成对关联中的互斥效应 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 空间复用四波混频产生的六组份纠缠对损耗的鲁棒性研究 |
| 5.1 纠缠鲁棒性的研究意义 |
| 5.2 空间复用四波混频的理论模型 |
| 5.3 研究六组份纠缠态鲁棒性的实验装置 |
| 5.4 研究六组份纠缠态鲁棒性的实验结果 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 基于66 个光学轨道角动量模式的大规模量子网络 |
| 6.1 研究背景 |
| 6.2 基于光学轨道角动量模式产生大规模量子网络的理论模型 |
| 6.3 实验实现大规模量子网络 |
| 6.3.1 实验装置 |
| 6.3.2 实验实现大规模量子网络 |
| 6.3.3 多组份cluster态分析 |
| 6.4 本章小结 |
| 7 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 博士期间发表的论文 |
| 个人简历 |
| 致谢 |
（7）高维测量设备无关量子安全直接通信研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 导论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.3 本文的主要工作及章节安排 |
| 第二章 预备知识 |
| 2.1 量子力学基础 |
| 2.1.1 量子力学基本假设 |
| 2.1.2 海森堡测不准原理 |
| 2.1.3 量子不可克隆定理 |
| 2.2 量子比特 |
| 2.2.1 量子比特的概念与表示 |
| 2.2.2 相互无偏基 |
| 2.2.3 常见的量子比特操作 |
| 2.3 量子纠缠 |
| 2.3.1 直积态与纠缠态 |
| 2.3.2 几个重要的纠缠态 |
| 2.4 常见的量子技术 |
| 2.4.1 量子密集编码 |
| 2.4.2 量子隐形传态 |
| 第三章 典型量子通信方案 |
| 3.1 量子密钥分发 |
| 3.1.1 BB84协议 |
| 3.1.2 B92协议 |
| 3.2 量子安全直接通信 |
| 3.2.1 Two-step QSDC |
| 3.2.2 Quantum one-time pad QSDC |
| 第四章 测量设备无关的高维量子安全直接通信协议 |
| 4.1 测量设备无关的量子密钥分发协议 |
| 4.2 协议设计预备知识 |
| 4.2.1 窃听信道模型 |
| 4.2.2 Von Neumann熵 |
| 4.2.3 Holevo界 |
| 4.3 测量设备无关的高维量子安全直接通信方案 |
| 4.3.1 协议设计 |
| 4.3.2 安全性分析 |
| 4.3.3 成码率计算 |
| 4.3.4 仿真及分析 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者攻读学位期间发表的学术论文目录 |
（8）量子密钥分发组网与应用关键技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 量子密钥分发网络技术背景 |
| 1.1.1 量子信息时代网络安全挑战 |
| 1.1.2 量子密钥分发基本概念和原理 |
| 1.1.3 量子密钥分发实现方式和协议 |
| 1.1.4 量子密钥分发网络定义和分类 |
| 1.2 量子密钥分发组网与应用核心挑战 |
| 1.2.1 密钥存储的灵活化 |
| 1.2.2 密钥中继的经济化 |
| 1.2.3 密钥提供的高效化 |
| 1.2.4 密钥服务的智能化 |
| 1.3 国内外研究现状 |
| 1.3.1 国内外研究进展 |
| 1.3.2 国内外标准动态 |
| 1.4 本论文组成和主要工作 |
| 1.4.1 论文组成 |
| 1.4.2 主要工作 |
| 参考文献 |
| 第二章 量子密钥分发网络密钥池灵活化构建技术 |
| 2.1 研究背景 |
| 2.2 量子密钥池构建基本原理和体系架构 |
| 2.3 基于时间调度的量子密钥池构建问题描述 |
| 2.3.1 固定/灵活密钥消耗问题 |
| 2.3.2 均匀/非均匀时隙分配问题 |
| 2.3.3 时隙连续/离散量子密钥池构建问题 |
| 2.4 面向时间调度量子密钥池构建的整数线性规划模型 |
| 2.5 面向时间调度量子密钥池构建的启发式算法 |
| 2.6 仿真及案例分析 |
| 2.6.1 固定/灵活密钥消耗案例分析 |
| 2.6.2 均匀/非均匀时隙分配案例分析 |
| 2.6.3 时隙连续/离散量子密钥池构建案例分析 |
| 2.7 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 量子密钥分发网络中继部署成本优化技术 |
| 3.1 研究背景 |
| 3.2 量子密钥分发网络可信中继部署成本优化技术 |
| 3.2.1 量子密钥分发网络可信中继基本结构 |
| 3.2.2 量子密钥分发网络可信中继部署体系架构 |
| 3.2.3 基于可信中继的量子密钥分发组网模型 |
| 3.2.4 基于可信中继的量子密钥分发网络成本优化策略 |
| 3.2.5 仿真及案例分析 |
| 3.3 量子密钥分发网络混合中继部署成本优化技术 |
| 3.3.1 量子密钥分发网络混合中继基本结构 |
| 3.3.2 量子密钥分发网络混合中继部署体系架构 |
| 3.3.3 基于混合中继的量子密钥分发组网模型 |
| 3.3.4 基于混合中继的量子密钥分发网络成本优化策略 |
| 3.3.5 仿真及案例分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 量子密钥分发网络多租户高效率提供技术 |
| 4.1 研究背景 |
| 4.2 量子密钥分发网络离线多租户高效率提供技术 |
| 4.2.1 量子密钥分发网络离线多租户提供架构 |
| 4.2.2 量子密钥分发网络离线多租户密钥生成率共享机制 |
| 4.2.3 量子密钥分发网络离线多租户提供模型 |
| 4.2.4 量子密钥分发网络离线多租户密钥分配算法 |
| 4.2.5 仿真及案例分析 |
| 4.3 量子密钥分发网络在线多租户高效率提供技术 |
| 4.3.1 量子密钥分发网络在线多租户提供架构 |
| 4.3.2 量子密钥分发网络在线多租户提供模型 |
| 4.3.3 量子密钥分发网络在线多租户提供算法 |
| 4.3.4 基于强化学习的在线多租户高效提供方案 |
| 4.3.5 仿真及案例分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 量子密钥分发网络软件定义智能服务技术 |
| 5.1 研究背景 |
| 5.2 量子密钥分发即服务基本原理和功能 |
| 5.3 软件定义量子密钥分发即服务控制体系 |
| 5.4 软件定义量子密钥分发即服务实现方法 |
| 5.4.1 协议扩展 |
| 5.4.2 跨层交互流程 |
| 5.4.3 路由和密钥分配策略 |
| 5.5 软件定义量子密钥分发即服务实验演示 |
| 5.5.1 网络实验平台 |
| 5.5.2 实验演示结果 |
| 5.6 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 论文工作总结 |
| 6.2 未来工作展望 |
| 缩略语 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间取得的学术成果目录 |
（9）基于飞秒激光直写的可集成固态量子存储器研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号说明 |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 量子科技 |
| 1.1.1 量子通信 |
| 1.1.2 量子计算和量子模拟 |
| 1.1.3 量子传感和量子精密测量 |
| 1.2 量子存储器及其应用 |
| 1.2.1 量子中继和远程量子通信 |
| 1.2.2 量子光源 |
| 1.2.3 线性光学量子计算 |
| 1.2.4 量子精密测量 |
| 1.3 量子存储器的表征参数 |
| 1.4 量子存储体系 |
| 1.4.1 冷原子 |
| 1.4.2 热原子 |
| 1.4.3 单量子系统 |
| 1.5 稀土掺杂晶体 |
| 第2章 量子存储方案 |
| 2.1 光子回波 |
| 2.1.1 自旋回波 |
| 2.1.2 ROSE |
| 2.2 原子频率梳方案 |
| 2.2.1 自旋波的原子频率梳 |
| 2.2.2 斯塔克调制的原子频率梳 |
| 2.3 总结 |
| 第3章 Kramers离子自旋哈密顿量的测定 |
| 3.1 稀土离子的自旋哈密顿量 |
| 3.1.1 non-Kramers离子的自旋哈密顿量 |
| 3.1.2 Kramers离子的自旋哈密顿量 |
| 3.2 光谱烧孔技术 |
| 3.3 ~(143)Nd~(3+):Y_2SiO_5光学基态自旋哈密顿量的测定 |
| 3.4 实验和模拟 |
| 3.5 总结 |
| 第4章 可集成固态量子存储 |
| 4.1 铌酸锂波导 |
| 4.2 聚焦离子束刻蚀 |
| 4.3 飞秒光微加工 |
| 4.4 飞秒光微加工光波导的分类 |
| 4.4.1 Ⅰ型光波导 |
| 4.4.2 Ⅱ型光波导 |
| 4.4.3 Ⅲ型光波导 |
| 4.4.4 Ⅳ型光波导 |
| 4.5 总结 |
| 第5章 光波导的飞秒光微加工和优化 |
| 5.1 飞秒光微加工系统简介 |
| 5.2 Ⅱ型光波导的加工和优化 |
| 5.2.1 光波导的耦合 |
| 5.2.2 光波导的传输损耗 |
| 5.2.3 光波导的低温测试 |
| 5.3 总结 |
| 第6章 Ⅱ型光波导中高保真度的相干光存储 |
| 6.1 实验装置 |
| 6.2 样品的加工 |
| 6.3 样品的测试 |
| 6.4 实验结果 |
| 6.4.1 ROSE存储 |
| 6.4.2 自旋波的原子频率梳存储 |
| 6.5 总结 |
| 第7章 Ⅳ型光波导量子存储器中量子比特的按需读取 |
| 7.1 实验样品的加工及测试 |
| 7.2 实验装置 |
| 7.3 测量直流斯塔克系数 |
| 7.4 实验结果 |
| 7.5 time-bin比特 |
| 7.6 脉冲序列 |
| 7.7 总结 |
| 第8章 总结及展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的研究成果 |
（10）光纤量子保密通信系统的关键问题研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 密码学的发展史 |
| 1.1.1 经典密码学 |
| 1.1.2 量子密码学 |
| 1.2 量子保密通信的研究进展 |
| 1.2.1 量子密钥分发 |
| 1.2.2 量子秘密共享 |
| 1.2.3 量子保密通信网络 |
| 1.2.4 量子保密通信的标准化与产业化 |
| 1.3 论文的内容安排 |
| 第二章 量子保密通信概述 |
| 2.1 量子密钥分发系统 |
| 2.1.1 光源 |
| 2.1.2 传输信道 |
| 2.1.3 编码与解码调制 |
| 2.1.4 探测器 |
| 2.1.5 后处理 |
| 2.1.6 量子随机数 |
| 2.2 量子秘密共享协议 |
| 2.2.1 HBB99协议 |
| 2.2.2 单比特QSS协议 |
| 2.2.3 有层级的动态QSS协议 |
| 2.3 量子密钥分发协议 |
| 2.3.1 BB84协议 |
| 2.3.2 诱骗态协议 |
| 2.3.3 MDI-QKD协议 |
| 2.3.4 TF-QKD协议 |
| 第三章 基于标记配对相干态光源的量子密钥分发协议 |
| 3.1 RFI-QKD协议 |
| 3.2 缺陷光源下的量子密钥分发协议 |
| 3.3 四态的HPCS的参考系无关的量子密钥分发协议 |
| 3.4 密钥率计算 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 可自由选择用户的量子通信方案 |
| 4.1 理论协议 |
| 4.1.1 双向QKD协议 |
| 4.1.2 环形QSS协议 |
| 4.1.3 安全性分析 |
| 4.2 可自由选择用户的量子通信方案 |
| 4.2.1 方案原理图 |
| 4.2.2 偏振模块 |
| 4.2.3 可自由选择用户模块 |
| 4.2.4 方案实施 |
| 4.3 仿真模拟结果与讨论 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 完全对称的可制备和测量量子态的量子密钥分发系统 |
| 5.1 QKD的方案类型 |
| 5.1.1 相位编码 |
| 5.1.2 偏振编码 |
| 5.1.3 Time-bin编码 |
| 5.2 方案内容 |
| 5.3 实验结果与讨论 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 基于波分复用技术的参考系无关的量子密钥分发协议的性能分析 |
| 6.1 量子密钥分发网络 |
| 6.2 波分复用技术 |
| 6.3 基于波分复用技术的参考系无关的量子密钥分发协议 |
| 6.3.1 基于波分复用的RFI-QKD协议 |
| 6.3.2 信道噪声 |
| 6.3.3 密钥生成率计算 |
| 6.3.4 仿真结果分析 |
| 6.4 本章小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间发表的学术论文目录 |
四、量子通信的研究进展和发展前景（论文参考文献）
- [1]40 GHz锁模皮秒激光信号源关键技术与应用研究[D]. 王海洋. 北京交通大学, 2021(02)
- [2]量子信息网络概念原理与发展前景初探[J]. 赖俊森,赵文玉,张海懿. 信息通信技术与政策, 2021(07)
- [3]基于复杂网络方法的《哈萨克斯坦真理报》中国形象研究[D]. 黄锦南. 浙江大学, 2021(08)
- [4]1.3μm高速光子晶体面发射激光器与拓扑面发射激光器研究[D]. 李儒颂. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所), 2021(08)
- [5]倏逝场在原子介质中非线性传播特性研究[D]. 周勇. 山东师范大学, 2021
- [6]基于四波混频过程构建量子网络的实验研究[D]. 王伟. 华东师范大学, 2021(12)
- [7]高维测量设备无关量子安全直接通信研究[D]. 刘璐. 北京邮电大学, 2021(01)
- [8]量子密钥分发组网与应用关键技术研究[D]. 曹原. 北京邮电大学, 2021
- [9]基于飞秒激光直写的可集成固态量子存储器研究[D]. 刘超. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [10]光纤量子保密通信系统的关键问题研究[D]. 窦天琦. 北京邮电大学, 2021(01)