量子保密通信系统电压脉冲产生器与语音数据传输模块的设计

摘要

量子力学和信息论是20世纪发展起来的革命性科学成果。从20世纪80年代开始，出量子力学和信息科学相结合诞生了一门崭新的学科一量子信息学，主要包括量子通信和量子计算。 量子信息学提供了一种安全的通信方式，通常称之为“量子密码”，或量子密钥分发，量子力学基本定理之一的不可克隆定理保证了量子密码的无条件安全性，这种安全性能够经得起包括量子计算机在内的任何攻击并且量子密码系统本身不需要量子计算机。由于量子信息领域的重要性，各国政府及研究部门对此均十分重视，所以整个领域理论和实验方向均得到了高速的发展。而量子密码作为量子通信的最重要的分支，已经开始走向实用化，甚至已经有公司开发了量子密码的商用产品。本论文首先介绍了量子密钥分发的几个协议。 然后本论文介绍了中国科学技术大学研制的基于诱骗态量子密码实验的量子密码系统。介绍了该系统中用于激光器和相位调制器控制的电压脉冲产生器，给出了设计方案以及测试结果。电压脉冲产生器用于量子密码系统中，以单片机和DAC芯片为核心，在计算机的控制下产生电压信号，用于对到达调制器的光脉冲进行调制。 上述量子密码系统在发送方和接收方各自产生了一套密钥，这样通过产生的密钥就可以进行加密通信了。为测试该量子密码系统并将其应用于实际，搭建了一个基于语音通信的量子保密通信系统，本论文也介绍了其中的一个重要的电子学部件——语音数据传输模块的设计，包括软硬件两方面。语音数据传输模块的功能是使数据在话机声码器和计算机之间进行双向传输。

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第一章引言

第二章量子密钥分发与量子保密通信系统

2.1量子密钥分发

2.1.1BB94协议

2.1.2 B92协议

2.1.3 EPR协议

2.1.4六态协议

2.1.5差分相移协议

2.1.6SARG协议

2.1.7相干单向协议

2.1.8诱骗态协议

2.2量子密码实验进展

2.2.1光纤量子密码

2.2.2自由空间量子密码

2.3量子密码的现状

2.4量子密码系统

第三章电压脉冲产生器的设计

3.1整体电路结构

3.2单片机系统设计

3.2.1 SM5964介绍

3.2.2 SM5964的ISP功能

3.2.3串口电路设计

3.3数模转换电路设计

3.3.1 DAC7615介绍

3.3.2参考电平产生电路

3.4模拟开关电路

3.5放大电路

3.6电源设计

3.7单片机程序设计

3.7.1对串口的配置

3.7.2对DAC的配置

3.8上位机程序设计

3.9测试结果

3.9.1电压输出线性度测试

3.9.2电压输出波形

第四章语音数据传输模块的设计

4.1量子保密通信系统介绍

4.2语音数据传输模块数据格式

4.3语音数据传输模块软件流程

第五章总结与展望

参考文献

致谢

在学期间发表论文情况