量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)中數(shù)字控制模塊的設(shè)計.pdf

1、量子信息是量子物理與信息科學(xué)相結(jié)合而發(fā)展起來的新學(xué)科。由于引進(jìn)了量子力學(xué)，它具有經(jīng)典信息所無法比擬的優(yōu)勢和前景，已經(jīng)引起了人們的廣泛興趣。
　　 量子信息主要包括量子計算和量子通信兩個領(lǐng)域。量子計算的研究對象是量子計算機(jī)和適用于量子計算機(jī)的量子算法。量子通信主要研究量子密碼，量子隱態(tài)傳輸，以及解決遠(yuǎn)距離量子通信的技術(shù)。量子密碼又稱量子密鑰分發(fā)，它利用量子力學(xué)特性來保證通信安全性。它使通信的雙方能夠產(chǎn)生并分享一個隨機(jī)的，安全的密鑰

2、，來加密和解密信息。在本論文中，我們關(guān)注的是量子通信領(lǐng)域中的量子密鑰分發(fā)。
　　 自1984年Bennett和Brassard提出首個量子密鑰分發(fā)協(xié)議以來，各種基于不同協(xié)議、采用不同信道的量子密鑰分發(fā)實驗已經(jīng)完成。數(shù)十年間，各國政府、研究機(jī)構(gòu)、公司投入了大量資源到量子保密通信的研究中，使其逐漸從實驗室初步走向了實用化。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)量子物理與量子信息實驗室研制的量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)正是走向?qū)嵱没囊淮螄L試。
　　 在本論文

3、的工作中，完成了量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)中的數(shù)字控制模塊的電路設(shè)計，包括基于FPGA的控制板和同步采集延時板?？刂瓢迨褂霉δ軓?qiáng)大靈活的FPGA作為核心，實現(xiàn)各種復(fù)雜邏輯的同時能夠很好的控制成本。控制板和上位機(jī)PC之間采用USB通信方式，并通過自定義的背板總線同其他電子學(xué)模塊通信，完成對電子學(xué)部分的控制。同步采集延時板完成對同步光的接收甄別，和對甄別后的同步信號進(jìn)行可調(diào)節(jié)的延時，提供給單光子探測器作為門控信號。板上的甄別電路可將30mV的同步信號

4、提取出來，并對其作步長100ps的延時調(diào)節(jié)，延時范圍200ns，延時后的信號相對同步光的晃動在300ps。
　　 配合數(shù)字控制模塊的電路設(shè)計，還完成了控制板FPGA的邏輯設(shè)計。FPGA的邏輯設(shè)計包括發(fā)送方邏輯、接收方邏輯和USB接口邏輯三部分，整合在同一個工程中，可使用模式選擇命令選擇相應(yīng)部分工作。在發(fā)送方，邏輯主要實現(xiàn)上位機(jī)PC命令的接收解析、隨機(jī)數(shù)的獲取、同步信號的產(chǎn)生、激光器和模擬電壓板的控制以及數(shù)據(jù)編碼的上傳；在接收方，