温度或盐度对水下量子密钥分配影响的研究❋

沈 园，赵士成，于永河，马晓平,2，肖 芽，李文东，顾永建❋❋

(1. 中国海洋大学信息科学与工程学院，山东 青岛 266100; 2. 青岛科技大学数理学院，山东 青岛 266061)

量子密钥分配(Quantum Key Distribution, QKD)是量子通信的一个重要分支，其安全性基于量子力学基本原理，理论上具有绝对安全性，对保障通信安全具有十分重要的意义。QKD在光纤与大气中的稳定实现相继在理论和实验上得到验证[1-4]。对水下QKD而言，海水自身特点增加了传输信道的复杂性，如在进行偏振编码的QKD中，必须有足够多的光子能够克服海水的强衰减作用并保持偏振不变到达接收端。2012年，M. Lanzagorta第一次提出水下QKD，并进行了初步的理论分析[5-6]；2015年，史鹏等用蒙特卡洛模拟的方法研究了水下QKD的性能[7-8]；2017年，Ling Ji等从实验上验证了光的偏振态在3 m的稳定海水信道中可以保持不变的特性[9]，表明了水下QKD的可行性。近来，赵士成等综合利用数值模拟和实验的方法研究了光子在水下传输过程中的偏振变化，弄清了偏振保持的原因，进行了水下QKD 的实验研究[10]，并对水下QKD的性能进行了更为深入的分析[11]。温度和盐度是描述海水的性质的重要参数[12]，研究光束在不同温度或盐度的海水信道中的传输特性也具有重要意义。本文通过改变海水的温度或盐度，研究不同环境的海水信道对光偏振态的影响，并进行基于偏振编码的BB84协议水下QKD实验。

1 海水信道对光偏振态影响的研究

我们改变海水的温度或盐度，分别研究温度盐度均匀和有温盐梯度的海水信道对光偏振态的影响。……