霧霾對自由空間量子態(tài)傳輸?shù)挠绊?/h1>
2015-06-23 13:55:39張美玲
西安郵電大學學報 2015年1期
聶 敏， 陳 偉， 張美玲， 楊 光,2
(1.西安郵電大學 通信與信息工程學院， 陜西 西安 710121； 2.西北工業(yè)大學 電子信息學院， 陜西 西安 710072)
霧霾對自由空間量子態(tài)傳輸?shù)挠绊?/p>
聶 敏1， 陳 偉1， 張美玲1， 楊 光1,2
(1.西安郵電大學 通信與信息工程學院， 陜西 西安 710121； 2.西北工業(yè)大學 電子信息學院， 陜西 西安 710072)
針對大氣霧霾對自由空間量子態(tài)傳輸?shù)挠绊?，討論霧霾粒子濃度和能見度的關系，分析霧霾粒子對量子態(tài)的影響，建立霧霾粒子與量子態(tài)的糾纏模型，分別仿真霧霾條件下基于保真度和量子傳輸衰減極限的量子態(tài)傳輸能力，給出霧霾濃度與量子態(tài)正確傳輸距離的關系式。理論分析與仿真結果表明，當霧霾很嚴重，能見度小于10 m時，量子態(tài)的保真度為50%，當霧霾較輕，能見度大于3 000 m時，量子態(tài)的保真度超過98%；能見度為100 m時量子態(tài)正確傳輸距離為1 500 m，能見度為300 m時量子態(tài)正確傳輸距離為3 750 m。在大氣霧霾條件下進行自由空間量子通信時，需要根據(jù)霧霾的濃度進行量子態(tài)的自適應補償。
大氣霧霾；自由空間；量子態(tài)；衰減系數(shù)；傳輸能力
作為新一代通信技術,量子通信基于量子信息傳輸?shù)母咝院徒^對安全性,成為當今國際科研競爭的焦點領域之一，目前的研究主要集中在糾纏態(tài)的制備、量子保密通信、量子密碼學等方面。隨著研究深入，移動量子通信必然是未來實用化量子通信的重要組成部分，量子態(tài)在自由空間遠距離、高保真?zhèn)鬏擺1-2]是實現(xiàn)移動量子通信的基礎之一。
量子態(tài)在自由空間傳輸?shù)倪^程中不可避免地會受到各種因素的影響和作用，這些因素既包括信道中的量子噪聲和經典噪聲，也包括雨、雪、霧霾等自然因素。它們會破壞量子態(tài)的狀態(tài)使量子態(tài)所攜帶的信息丟失或發(fā)生改變，或者對量子信道產生影響，干擾量子態(tài)的成功傳輸。
近幾年來，多地出現(xiàn)了嚴重霧霾天氣，這對實現(xiàn)自由空間量子通信產生了一定影響，因此本文通過具體分析光量子態(tài)在霧霾環(huán)境中的傳輸情況，討論霧霾對光量子態(tài)傳輸?shù)挠绊憽?/p>
1 霧霾粒子濃度和能見度的關系
霧霾是霧和霾的統(tǒng)稱，主要區(qū)別在于發(fā)生空間的空氣濕度，二氧化硫、氮氧化物和細顆粒物這三項是霧霾主要組成。本文將霧霾作為整體來研究，為了便于分析理解，以能見度表示霧霾濃度。能見度v與霧霾粒子消光系數(shù)bext的關系[3-7]為
v=3.91/bext。
(1)
消光系數(shù)bext可表示為
bext=bsp+bsw+bsg+bag+bap,
(2)
其中bsp是霧霾粒子引起的散射，bsw是大氣濕度引起的散射，bsg是霧霾粒子產生的瑞利散射，bap是霧霾粒子產生的吸收，bag是NO2產生的吸收。
對光量子態(tài)的影響主要來源于霧霾中的細顆粒物，所以消光系數(shù)僅取細顆粒物的影響：
(3)
式中Dp,i為霧霾粒子的直徑，N為霧霾粒子的濃度，Qext,i為消光率，i代表i粒徑段。由此可以得到能見度與霧霾濃度的關系為
(4)
假設霧霾粒子成分相同，且顆粒物形狀為規(guī)則球體，依據(jù)實際情況中霧霾粒子尺寸和米氏散射條件取Dp,i為10 μm，Qext,i為一常量，可得到霧霾濃度與大氣能見度的關系如圖1所示。
圖1 能見度與霧霾粒子濃度的關系
2 霧霾對量子態(tài)傳輸?shù)挠绊?/h2>
實現(xiàn)自由空間量子通信的一個主要制約因素是自然條件對量子態(tài)傳輸?shù)挠绊?，作為通信信道的大氣環(huán)境，諸多因素會破壞量子態(tài)的正常傳輸，影響正常通信。大氣霧霾中的細顆粒物引起的吸收、散射是影響量子態(tài)傳輸?shù)闹饕问?。吸收產生于光波和大氣分子間的相互作用，對波長影響明顯。散射會造成量子態(tài)的差分相移和退極化。因此，霧霾對光量子態(tài)傳輸?shù)挠绊懼饕墙邮盏降牧孔討B(tài)和原始量子態(tài)的差異。
當強度為I0的光信號進入大氣中某一均勻霧霾區(qū)域，由于吸收和散射作用，光強變?yōu)?/p>
I=I0e-A(λ)L,
(5)
式中L為霧霾區(qū)域厚度，A(λ)為衰減系數(shù)，可以表示為
A(λ)=κg(λ)+κm(λ)+σg(λ)+σm(λ)，
(6)
其中κg(λ)是分子吸收衰減，κm(λ)是氣溶膠吸收衰減 ，σg(λ)是分子散射衰減，σm(λ)是氣溶膠散射衰減。
只考慮霧霾對光量子態(tài)的影響，吸收衰減系數(shù)可簡化為微粒吸收，即
(7)
散射衰減有兩種，分子散射衰減和氣溶膠散射衰減[8-9]，由于霧霾天氣通常比較干燥，大氣水分含量低，計算分子散射衰減系數(shù)使用經驗公式
σg(λ)=1.09×10-3λ-0.45。
(8)
在霧霾天氣中，大氣中霧霾粒子的直徑通常是大于光波長或者可以比擬，計算氣溶膠衰減系數(shù)使用公式
σm(λ)=N(r)πr2Q(X,m),
(9)
式中N(r)為單位體積內霧霾粒子數(shù)，Q為散射效率。
在對量子通信有影響的嚴重霧霾天氣中，當承載量子態(tài)的平面偏振光透過大氣入射到霧霾區(qū)時，可以忽略吸收損耗和分子散射衰減，利用與大氣能見度的關系來計算衰減系數(shù)[10-14]
(10)
式中A′(λ)為散射系數(shù)，v為能見度，q與能見度有關，工程中取值
(11)
波長分別為860 nm和1 550 nm時能見度與衰減系數(shù)的關系如圖2。
圖2 兩種波長在不同能見度下的衰減系數(shù)
可以看出在重度霧霾條件下，尤其是能見度小于200 m時，霧霾粒子對光量子態(tài)傳輸會產生較大衰減，影響到量子態(tài)的傳輸。
另外光量子態(tài)通過霧霾區(qū)會與霧霾粒子發(fā)生量子糾纏[15-16]，光量子態(tài)和大氣作用的復合系統(tǒng)經過一個聯(lián)合的幺正演化，使得發(fā)送的初始光量子態(tài)|0〉、|1〉演變成糾纏態(tài)
(12)
(13)
式(13)代表了光量子態(tài)與霧霾粒子衰減作用后的聯(lián)合演化。
若傳輸量子態(tài)的初始密度矩陣為
(16)
則經過霧霾區(qū)后，初始密度矩陣會演化為[17]
(17)
p是量子位和環(huán)境態(tài)發(fā)生作用的概率，四種可能等概出現(xiàn)，則量子態(tài)出錯的概率為
perror=p=75%。
(18)
3 基于保真度的量子態(tài)傳輸能力
為了反映自由空間量子信令的傳輸能力，引入量子信道保真度
(19)
式中ρ=|φ〉〈φ|為輸入態(tài)φ的密度矩陣，|φ〉=α|0〉+β|1〉，ρ′為輸出量子態(tài)的密度矩陣。當光量子態(tài)通過霧霾區(qū)，保真度會迅速惡化，此時保真度與躍遷概率p的關系為
(20)
霧霾信道躍遷概率計算和測量沒有普適的模型，用大氣能見度體現(xiàn)霧霾濃度,則能見度越低，躍遷概率越高，信道的保真度越低。定義躍遷概率和霧霾粒子類型及能見度的關系可表示為
p=ke-v,
(21)
其中k為不同類型霧霾粒子的影響系數(shù)，與霧霾粒子的尺寸和類型有關，k越大表示霧霾粒子對光量子態(tài)的影響程度。則保真度和能見度的關系可表示為
(22)
不同衰減時保真度與能見度的關系如圖3。
圖3 保真度與能見度的關系
霧霾越嚴重則衰減越大，進而退極化率越高，則保真度越低，傳輸?shù)恼`碼率越高，即量子態(tài)的傳輸能力越弱。
4 基于鏈路衰減極限的量子態(tài)傳輸能力
為使量子信息在傳輸中的信噪比不違背Bell不等式的條件[18]，信噪比不能低于5.89∶1?？蓾M足量子態(tài)成功傳輸?shù)男诺浪p極值為
(23)
其中ηdet1和ηdet2為接收量子信號時所用的檢測器效率，S1、S2為檢測器的暗記數(shù)率，Δτ為檢測器的定時分辨率。取如下典型值
ηdet=0.3, P=5.105s-1,S=103s-1, Δτ=5.10-9s
算得η=60dB。即鏈路衰減不可超過60dB，否則不能成功傳輸量子信息。
量子態(tài)在自由空間傳輸，量子鏈路衰減系數(shù)[19-20]可表示為
(24)
式中L為傳輸距離，λ為光信號的波長，TT、TR分別為發(fā)、收望遠鏡的傳輸因子，值取1，LP為定位損耗，值取0.05，DT、DR分別為信源、信宿端望遠鏡孔徑，值取30mm，r0為大氣相干度，根據(jù)相關大氣資料以西安為例取0.051 8。
不同霧霾濃度(能見度)時，光量子態(tài)的傳輸能力如圖4。
圖4 兩種霧霾濃度時的鏈路衰減
由圖4可以看出，能見度為100m時，光量子態(tài)傳輸距離不足1 500m時即達到了鏈路衰減極限；能見度為300m時，光量子態(tài)傳輸距離在3 750m左右時達到鏈路衰減極限。霧霾濃度越高，光量子態(tài)的傳輸能力越弱。
將式(4)代入到式(10)，得到霧霾粒子衰減系數(shù)與濃度的關系式
(25)
將式(25)代入到式(24)，忽略系統(tǒng)產生的較小衰減，簡化后可得到光量子態(tài)傳輸距離與霧霾粒子濃度的關系式
(26)
通過以上關系式，可以方便的計算光量子態(tài)在不同濃度、不同尺度的霧霾中正確傳輸?shù)木嚯x。
5 結束語
自由空間傳輸?shù)牧孔討B(tài)與霧霾粒子發(fā)生糾纏，既會產生誤碼、減小信道保真度，影響通信準確性，又會降低量子態(tài)能量，縮短傳輸距離。所以在移動量子通信實際實現(xiàn)中，應充分考慮這些因素，采取相應措施應對霧霾對通信過程所造成的影響。
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[責任編輯:孫書娜]
Effects of haze on the free-space quantum state transfer
NIE Min1, CHEN Wei1, ZHANG Meiling1, YANG Guang1,2
(1.School of Communication and Information Engineering, Xi’an University of Posts and Telecommunications, Xi’an 710121, China;2. School of Electronics and Information, Northwestern Polytechnical University, Xi’an 710072, China)
In order to study effects of atmospheric haze on free-space quantum state transfer, the relationship between haze particle concentration and visibility is discussed. The effects of haze particles on the quantum state are analyzed. A model of haze particles and quantum states entanglement is then established to simulate the transmission capacity based on quantum teleportation attenuation limit and fidelity and to establish the relationship between haze concentration and the quantum state of the correct transmission distance. Theoretical analysis and simulation results show that: when the haze is very serious and visibility is less than 10m, the fidelity of quantum states is 50%; when haze is lighter and visibility is more than 3000m, the fidelity of quantum states is more than 98%; when visibility is 100m, the correct transmission distance is 1500m, and when visibility is 300m, the correct transmission distance is 3750m. Therefore, when the free-space quantum communication is conducted under the condition of atmospheric haze, an adaptive compensation of quantum states based on the concentration of haze is needed.
haze, free space, quantum state, attenuation coefficient, transmit ability
2014-08-20
國家自然科學基金資助項目(61172071)；陜西省自然科學基礎研究計劃資助項目(2014JQ8318)
聶敏(1964-)，男，博士后,教授，從事量子通信和量子信息學研究。E-mail: niemin@xupt.edu.cn 陳偉(1988-)，男，碩士研究生，研究方向為量子通信。E-mail: xuptcw@126.com
10.13682/j.issn.2095-6533.2015.01.004
TN914
A
2095-6533(2015)01-0019-05
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(1.西安郵電大學 通信與信息工程學院， 陜西 西安 710121； 2.西北工業(yè)大學 電子信息學院， 陜西 西安 710072)
霧霾對自由空間量子態(tài)傳輸?shù)挠绊?/p>
聶 敏1， 陳 偉1， 張美玲1， 楊 光1,2
(1.西安郵電大學 通信與信息工程學院， 陜西 西安 710121； 2.西北工業(yè)大學 電子信息學院， 陜西 西安 710072)
針對大氣霧霾對自由空間量子態(tài)傳輸?shù)挠绊?，討論霧霾粒子濃度和能見度的關系，分析霧霾粒子對量子態(tài)的影響，建立霧霾粒子與量子態(tài)的糾纏模型，分別仿真霧霾條件下基于保真度和量子傳輸衰減極限的量子態(tài)傳輸能力，給出霧霾濃度與量子態(tài)正確傳輸距離的關系式。理論分析與仿真結果表明，當霧霾很嚴重，能見度小于10 m時，量子態(tài)的保真度為50%，當霧霾較輕，能見度大于3 000 m時，量子態(tài)的保真度超過98%；能見度為100 m時量子態(tài)正確傳輸距離為1 500 m，能見度為300 m時量子態(tài)正確傳輸距離為3 750 m。在大氣霧霾條件下進行自由空間量子通信時，需要根據(jù)霧霾的濃度進行量子態(tài)的自適應補償。
大氣霧霾；自由空間；量子態(tài)；衰減系數(shù)；傳輸能力
作為新一代通信技術,量子通信基于量子信息傳輸?shù)母咝院徒^對安全性,成為當今國際科研競爭的焦點領域之一，目前的研究主要集中在糾纏態(tài)的制備、量子保密通信、量子密碼學等方面。隨著研究深入，移動量子通信必然是未來實用化量子通信的重要組成部分，量子態(tài)在自由空間遠距離、高保真?zhèn)鬏擺1-2]是實現(xiàn)移動量子通信的基礎之一。
量子態(tài)在自由空間傳輸?shù)倪^程中不可避免地會受到各種因素的影響和作用，這些因素既包括信道中的量子噪聲和經典噪聲，也包括雨、雪、霧霾等自然因素。它們會破壞量子態(tài)的狀態(tài)使量子態(tài)所攜帶的信息丟失或發(fā)生改變，或者對量子信道產生影響，干擾量子態(tài)的成功傳輸。
近幾年來，多地出現(xiàn)了嚴重霧霾天氣，這對實現(xiàn)自由空間量子通信產生了一定影響，因此本文通過具體分析光量子態(tài)在霧霾環(huán)境中的傳輸情況，討論霧霾對光量子態(tài)傳輸?shù)挠绊憽?/p>
1 霧霾粒子濃度和能見度的關系
霧霾是霧和霾的統(tǒng)稱，主要區(qū)別在于發(fā)生空間的空氣濕度，二氧化硫、氮氧化物和細顆粒物這三項是霧霾主要組成。本文將霧霾作為整體來研究，為了便于分析理解，以能見度表示霧霾濃度。能見度v與霧霾粒子消光系數(shù)bext的關系[3-7]為
v=3.91/bext。
(1)
消光系數(shù)bext可表示為
bext=bsp+bsw+bsg+bag+bap,
(2)
其中bsp是霧霾粒子引起的散射，bsw是大氣濕度引起的散射，bsg是霧霾粒子產生的瑞利散射，bap是霧霾粒子產生的吸收，bag是NO2產生的吸收。
對光量子態(tài)的影響主要來源于霧霾中的細顆粒物，所以消光系數(shù)僅取細顆粒物的影響：
(3)
式中Dp,i為霧霾粒子的直徑，N為霧霾粒子的濃度，Qext,i為消光率，i代表i粒徑段。由此可以得到能見度與霧霾濃度的關系為
(4)
假設霧霾粒子成分相同，且顆粒物形狀為規(guī)則球體，依據(jù)實際情況中霧霾粒子尺寸和米氏散射條件取Dp,i為10 μm，Qext,i為一常量，可得到霧霾濃度與大氣能見度的關系如圖1所示。
圖1 能見度與霧霾粒子濃度的關系
2 霧霾對量子態(tài)傳輸?shù)挠绊?/h2>
實現(xiàn)自由空間量子通信的一個主要制約因素是自然條件對量子態(tài)傳輸?shù)挠绊?，作為通信信道的大氣環(huán)境，諸多因素會破壞量子態(tài)的正常傳輸，影響正常通信。大氣霧霾中的細顆粒物引起的吸收、散射是影響量子態(tài)傳輸?shù)闹饕问?。吸收產生于光波和大氣分子間的相互作用，對波長影響明顯。散射會造成量子態(tài)的差分相移和退極化。因此，霧霾對光量子態(tài)傳輸?shù)挠绊懼饕墙邮盏降牧孔討B(tài)和原始量子態(tài)的差異。
當強度為I0的光信號進入大氣中某一均勻霧霾區(qū)域，由于吸收和散射作用，光強變?yōu)?/p>
I=I0e-A(λ)L,
(5)
式中L為霧霾區(qū)域厚度，A(λ)為衰減系數(shù)，可以表示為
A(λ)=κg(λ)+κm(λ)+σg(λ)+σm(λ)，
(6)
其中κg(λ)是分子吸收衰減，κm(λ)是氣溶膠吸收衰減 ，σg(λ)是分子散射衰減，σm(λ)是氣溶膠散射衰減。
只考慮霧霾對光量子態(tài)的影響，吸收衰減系數(shù)可簡化為微粒吸收，即
(7)
散射衰減有兩種，分子散射衰減和氣溶膠散射衰減[8-9]，由于霧霾天氣通常比較干燥，大氣水分含量低，計算分子散射衰減系數(shù)使用經驗公式
σg(λ)=1.09×10-3λ-0.45。
(8)
在霧霾天氣中，大氣中霧霾粒子的直徑通常是大于光波長或者可以比擬，計算氣溶膠衰減系數(shù)使用公式
σm(λ)=N(r)πr2Q(X,m),
(9)
式中N(r)為單位體積內霧霾粒子數(shù)，Q為散射效率。
在對量子通信有影響的嚴重霧霾天氣中，當承載量子態(tài)的平面偏振光透過大氣入射到霧霾區(qū)時，可以忽略吸收損耗和分子散射衰減，利用與大氣能見度的關系來計算衰減系數(shù)[10-14]
(10)
式中A′(λ)為散射系數(shù)，v為能見度，q與能見度有關，工程中取值
(11)
波長分別為860 nm和1 550 nm時能見度與衰減系數(shù)的關系如圖2。
圖2 兩種波長在不同能見度下的衰減系數(shù)
可以看出在重度霧霾條件下，尤其是能見度小于200 m時，霧霾粒子對光量子態(tài)傳輸會產生較大衰減，影響到量子態(tài)的傳輸。
另外光量子態(tài)通過霧霾區(qū)會與霧霾粒子發(fā)生量子糾纏[15-16]，光量子態(tài)和大氣作用的復合系統(tǒng)經過一個聯(lián)合的幺正演化，使得發(fā)送的初始光量子態(tài)|0〉、|1〉演變成糾纏態(tài)
(12)
(13)
式(13)代表了光量子態(tài)與霧霾粒子衰減作用后的聯(lián)合演化。
若傳輸量子態(tài)的初始密度矩陣為
(16)
則經過霧霾區(qū)后，初始密度矩陣會演化為[17]
(17)
p是量子位和環(huán)境態(tài)發(fā)生作用的概率，四種可能等概出現(xiàn)，則量子態(tài)出錯的概率為
perror=p=75%。
(18)
3 基于保真度的量子態(tài)傳輸能力
為了反映自由空間量子信令的傳輸能力，引入量子信道保真度
(19)
式中ρ=|φ〉〈φ|為輸入態(tài)φ的密度矩陣，|φ〉=α|0〉+β|1〉，ρ′為輸出量子態(tài)的密度矩陣。當光量子態(tài)通過霧霾區(qū)，保真度會迅速惡化，此時保真度與躍遷概率p的關系為
(20)
霧霾信道躍遷概率計算和測量沒有普適的模型，用大氣能見度體現(xiàn)霧霾濃度,則能見度越低，躍遷概率越高，信道的保真度越低。定義躍遷概率和霧霾粒子類型及能見度的關系可表示為
p=ke-v,
(21)
其中k為不同類型霧霾粒子的影響系數(shù)，與霧霾粒子的尺寸和類型有關，k越大表示霧霾粒子對光量子態(tài)的影響程度。則保真度和能見度的關系可表示為
(22)
不同衰減時保真度與能見度的關系如圖3。
圖3 保真度與能見度的關系
霧霾越嚴重則衰減越大，進而退極化率越高，則保真度越低，傳輸?shù)恼`碼率越高，即量子態(tài)的傳輸能力越弱。
4 基于鏈路衰減極限的量子態(tài)傳輸能力
為使量子信息在傳輸中的信噪比不違背Bell不等式的條件[18]，信噪比不能低于5.89∶1?？蓾M足量子態(tài)成功傳輸?shù)男诺浪p極值為
(23)
其中ηdet1和ηdet2為接收量子信號時所用的檢測器效率，S1、S2為檢測器的暗記數(shù)率，Δτ為檢測器的定時分辨率。取如下典型值
ηdet=0.3, P=5.105s-1,S=103s-1, Δτ=5.10-9s
算得η=60dB。即鏈路衰減不可超過60dB，否則不能成功傳輸量子信息。
量子態(tài)在自由空間傳輸，量子鏈路衰減系數(shù)[19-20]可表示為
(24)
式中L為傳輸距離，λ為光信號的波長，TT、TR分別為發(fā)、收望遠鏡的傳輸因子，值取1，LP為定位損耗，值取0.05，DT、DR分別為信源、信宿端望遠鏡孔徑，值取30mm，r0為大氣相干度，根據(jù)相關大氣資料以西安為例取0.051 8。
不同霧霾濃度(能見度)時，光量子態(tài)的傳輸能力如圖4。
圖4 兩種霧霾濃度時的鏈路衰減
由圖4可以看出，能見度為100m時，光量子態(tài)傳輸距離不足1 500m時即達到了鏈路衰減極限；能見度為300m時，光量子態(tài)傳輸距離在3 750m左右時達到鏈路衰減極限。霧霾濃度越高，光量子態(tài)的傳輸能力越弱。
將式(4)代入到式(10)，得到霧霾粒子衰減系數(shù)與濃度的關系式
(25)
將式(25)代入到式(24)，忽略系統(tǒng)產生的較小衰減，簡化后可得到光量子態(tài)傳輸距離與霧霾粒子濃度的關系式
(26)
通過以上關系式，可以方便的計算光量子態(tài)在不同濃度、不同尺度的霧霾中正確傳輸?shù)木嚯x。
5 結束語
自由空間傳輸?shù)牧孔討B(tài)與霧霾粒子發(fā)生糾纏，既會產生誤碼、減小信道保真度，影響通信準確性，又會降低量子態(tài)能量，縮短傳輸距離。所以在移動量子通信實際實現(xiàn)中，應充分考慮這些因素，采取相應措施應對霧霾對通信過程所造成的影響。
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[責任編輯:孫書娜]
Effects of haze on the free-space quantum state transfer
NIE Min1, CHEN Wei1, ZHANG Meiling1, YANG Guang1,2
(1.School of Communication and Information Engineering, Xi’an University of Posts and Telecommunications, Xi’an 710121, China;2. School of Electronics and Information, Northwestern Polytechnical University, Xi’an 710072, China)
In order to study effects of atmospheric haze on free-space quantum state transfer, the relationship between haze particle concentration and visibility is discussed. The effects of haze particles on the quantum state are analyzed. A model of haze particles and quantum states entanglement is then established to simulate the transmission capacity based on quantum teleportation attenuation limit and fidelity and to establish the relationship between haze concentration and the quantum state of the correct transmission distance. Theoretical analysis and simulation results show that: when the haze is very serious and visibility is less than 10m, the fidelity of quantum states is 50%; when haze is lighter and visibility is more than 3000m, the fidelity of quantum states is more than 98%; when visibility is 100m, the correct transmission distance is 1500m, and when visibility is 300m, the correct transmission distance is 3750m. Therefore, when the free-space quantum communication is conducted under the condition of atmospheric haze, an adaptive compensation of quantum states based on the concentration of haze is needed.
haze, free space, quantum state, attenuation coefficient, transmit ability
2014-08-20
國家自然科學基金資助項目(61172071)；陜西省自然科學基礎研究計劃資助項目(2014JQ8318)
聶敏(1964-)，男，博士后,教授，從事量子通信和量子信息學研究。E-mail: niemin@xupt.edu.cn 陳偉(1988-)，男，碩士研究生，研究方向為量子通信。E-mail: xuptcw@126.com
10.13682/j.issn.2095-6533.2015.01.004
TN914
A
2095-6533(2015)01-0019-05
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