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基于回归决策树的测量设备无关型量子密钥分发参数优化

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物理学报 2023年第11期72卷 147-156页

作者：刘天乐徐枭付博伟徐佳歆刘靖阳周星宇王琴南京邮电大学通信与信息工程学院南京210003 南京邮电大学量子信息技术研究所南京210003

量子密钥分发(quantum key distribution,QKD)结合一次一密的加密方式,可以实现无条件安全的量子通信.双场(twin-field,TF)QKD和测量设备无关(measurement-device-independent,MDI)QKD具有较高的安全性,同时适合构建以测量端为中心的网络,具有广阔的应用前景.但在实际应用过程中,参数配置对QKD性能有着极大影响,而实际场景中存在着用户数量大、位置距离中心站点非对称、并且用户大部分处在实时移动中的特点.面对上述实时的参数配置需求,传统的参数优化方式将无法满足.本文提出将监督机器学习算法应用于QKD参数优化配置中,通过机器学习模型预测不同场景下TF和MDI两种常用协议的最优参数.将神经网络、最近邻、随机森林、梯度提升决策树和分类回归决策树(classification and regression tree,CART)等监督学习模型进行对比,结果显示CART模型在R^(2)等回归评估指标上均有最优表现.在随机划分训练组、验证组情况下,预测参数的密钥率与最优密钥率比值的均值在0.995以上;在“超精度”和“超范围”两种极限情况下,该均值仍能维持在0.988左右,且在残差分析中具有较好的环境鲁棒性,展现出较好的性能.此外,基于CART的新方案相较于传统方案在计算实时性表现上有很大提升,将单次预测时间缩短至微秒量级,很好地满足了通信方在移动状态下的实时通信需求.

关键词：量子密钥分发测量设备无关分类回归决策树参数优化

相干光M-PSK系统的弹性DAML相位估计算法

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中国科学：技术科学 2016年第12期46卷 1271-1278页

作者：王萍陈健由骁迪刘雪马兆慧余长源南京邮电大学通信与信息工程学院南京210003 香港理工大学电子与信息工程系

相干光通信系统中判决辅助式最大似然(DAML)相位估计算法因其较高的计算效率引起了广泛的关注.然而,传统DAML相位估计算法假设激光器相位噪声在整个块长度区间内是恒定不变的,这引起了块长度效应.本文考虑了激光器相位噪声缓慢时变的特... 详细信息

相干光通信系统中判决辅助式最大似然(DAML)相位估计算法因其较高的计算效率引起了广泛的关注.然而,传统DAML相位估计算法假设激光器相位噪声在整个块长度区间内是恒定不变的,这引起了块长度效应.本文考虑了激光器相位噪声缓慢时变的特点,并提出了基于相干光M-PSK系统的弹性DAML相位估计算法来克服传统DAML相位估计算法中存在块长度效应的缺点.该算法在传统DAML算法的基础上引入了加权系数来更准确地进行载波相位恢复.同时,本文推导了该算法的相位估计误差,并用仿真验证了其有效性.仿真结果也表明:弹性DAML算法能消除传统DAML算法的块长度效应,并能放宽相干光M-PSK系统对激光器线宽的要求.

关键词：相干光通信载波相位估计判决辅助最大似然(DAML) 块长度效应 M-PSK

基于磁光效应的二维三角晶格光子晶体模分复用器

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物理学报 2015年第6期64卷 192-197页

作者：周雯陈鹤鸣南京邮电大学光电工程学院南京210023 南京邮电大学贝尔英才学院南京210023

随着全光通信的快速发展,波分复用传输系统已不能满足高容量光网络的需求,而模分复用技术利用有限的稳定模式作为独立信道传递信息,可以成倍地提高系统容量和频谱效率,是构建未来光网络的关键技术之一.本文基于掺Bi复合稀土铁石榴石的... 详细信息

随着全光通信的快速发展,波分复用传输系统已不能满足高容量光网络的需求,而模分复用技术利用有限的稳定模式作为独立信道传递信息,可以成倍地提高系统容量和频谱效率,是构建未来光网络的关键技术之一.本文基于掺Bi复合稀土铁石榴石的磁光效应,设计了1.55μm波段的二维三角晶格光子晶体模分复用器.在该光子晶体结构中引入缺陷,形成模式分束波导,通过外加磁场改变其在不同偏振模式下的磁导率,从而控制TE,TM模式的传输,实现了1.55μm波段的模分复用.利用平面波展开法和时域有限差分法对此模分复用器进行了能带和传输特性分析,结果表明:TE和TM模式的透射率均高于92%,信道隔离度分别为19.7 dB和42.1 dB.这些特性在未来的大容量光传输系统中有着重要的应用前景.

关键词：光子晶体磁光效应模分复用 1.55μm

基于改进后多维数据加密系统的多图像光学加密算法的研究

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物理学报 2013年第8期62卷 156-161页

作者：徐宁陈雪莲杨庚南京邮电大学光电工程学院南京210046 南京邮电大学计算机学院南京210046

提出了以改进后的基于虚拟成像的多维数据加密系统(VOI)为基础的多图像加密算法.首先构造多幅图像横向叠加作为加密对象,结合改进后的VOI系统完成加密.对VOI系统做了三方面改进:加密图像编码为相位信息,提高了图像的可分辨性和系统的解... 详细信息

提出了以改进后的基于虚拟成像的多维数据加密系统(VOI)为基础的多图像加密算法.首先构造多幅图像横向叠加作为加密对象,结合改进后的VOI系统完成加密.对VOI系统做了三方面改进:加密图像编码为相位信息,提高了图像的可分辨性和系统的解密效果;随机相位板与随机振幅板结合,提升了系统的密钥空间和对抗暴力攻击的能力;像平面前增添随机相位板,增强了系统的安全性.采用峰值信噪比评价算法加密效果,计算结果表明本算法与原算法相比具有更好的有效性、鲁棒性和安全性.

关键词：多维数据加密系统虚拟光学相位编码峰值信噪比

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一种小型平面超宽带天线的设计与研究

电波科学学报 2006年第4期21卷 582-585,631页

作者：程勇吕文俊程崇虎曹伟南京邮电大学通信与信息工程学院江苏南京210003

提出了一种新颖的小型平面超宽带(UWB)天线。该天线由微带槽天线的基本结构变形而来,为获得超宽带频率特性,设计时馈电微带线采用了渐变结构的叉形调谐支节,金属底板的开槽设计成对称多边形。首先通过数值计算来获得最佳的天线几何尺寸... 详细信息

提出了一种新颖的小型平面超宽带(UWB)天线。该天线由微带槽天线的基本结构变形而来,为获得超宽带频率特性,设计时馈电微带线采用了渐变结构的叉形调谐支节,金属底板的开槽设计成对称多边形。首先通过数值计算来获得最佳的天线几何尺寸,并制作了实际的样品。对天线的反射特性、方向图以及增益都进行了测试,然后利用时域有限差分(FDTD)方法计算了天线收发脉冲信号的保真度。研究结果显示该天线具有良好的超宽带特性。

关键词：超宽带天线微带天线小型平面天线脉冲信号保真度

多输入多输出不确定非线性系统的输出反馈自适应机动控制

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物理学报 2009年第11期58卷 7565-7572页

作者：周颖臧强南京邮电大学自动化学院南京210003 南京信息工程大学信息与控制学院南京210044

输出机动控制问题通常由几何任务和动态任务两部分组成.对具有参数不确定性的多输入多输出非线性系统,研究了其基于输出反馈的自适应机动控制问题.通过引入滤波器和观测器来实现对不可量测系统状态的虚拟估计.利用向量形式的Backsteppin... 详细信息

输出机动控制问题通常由几何任务和动态任务两部分组成.对具有参数不确定性的多输入多输出非线性系统,研究了其基于输出反馈的自适应机动控制问题.通过引入滤波器和观测器来实现对不可量测系统状态的虚拟估计.利用向量形式的Backstepping反推方法,构造出了输出反馈自适应控制器,并给出了三种路径变量自适应律设计方案.所提出的控制方案保证了闭环系统的全局渐近稳定性,使得系统同时完成几何任务和动态任务.最后的仿真结果验证了本方法的有效性.

关键词：输出反馈非线性系统输出机动反推

利用扫描隧道显微镜研究水分子在Cu(110)表面的吸附与分解

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物理学报 2016年第22期65卷 266-270页

作者：庞宗强张悦戎舟江兵刘瑞兰唐超南京邮电大学自动化学院测控技术与仪器系南京210023 南京邮电大学信息材料与纳米技术研究院南京210023

利用扫描隧道显微镜研究水分子在吸附有氧原子的Cu(110)表面的吸附与分解过程.室温条件下,氧原子(O)在Cu(110)表面吸附并自组装形成规则的沿[001]方向的(2×1)Cu-O链状结构.将吸附有氧原子的Cu(110)样品置于77 K低温条件下观察水分子的... 详细信息

利用扫描隧道显微镜研究水分子在吸附有氧原子的Cu(110)表面的吸附与分解过程.室温条件下,氧原子(O)在Cu(110)表面吸附并自组装形成规则的沿[001]方向的(2×1)Cu-O链状结构.将吸附有氧原子的Cu(110)样品置于77 K低温条件下观察水分子的吸附与分解,发现在低温下水分子通过氢键与Cu-O链中的氧原子键合而吸附于Cu-O链的顶部和周围,吸附于Cu-O链周围的水分子自组装形成规则的六边形网状结构.通过针尖隧穿电子激发,六边形网状结构中的水分子与氧原子发生化学反应,反应生成的羟基与未参与反应的水分子键合在裸露的Cu(110)表面形成蜂窝网状结构.研究结果表明,Cu(110)表面吸附的氧原子有助于水分子在金属表面的吸附和组装,同时可以催化金属表面水分子的分解反应,对水汽转换实验研究具有一定的指导意义.

关键词：水分子吸附分解扫描隧道显微镜

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移动环境下网络病毒传播模型及其稳定性研究

物理学报 2012年第11期61卷 46-54页

作者：巩永旺宋玉蓉蒋国平南京邮电大学计算机学院南京210003 盐城工学院信息工程学院盐城224051 南京邮电大学自动化学院南京210003

考虑网络节点的随机移动,基于平均场理论提出一个移动环境下网络病毒传播的数学模型,利用微分动力学系统理论研究了病毒传播行为.研究表明,当病毒基本再生数R_0≤1时,网络中病毒逐渐消除,系统的无病毒平衡点全局渐进稳定;当R_0>1时,网... 详细信息

考虑网络节点的随机移动,基于平均场理论提出一个移动环境下网络病毒传播的数学模型,利用微分动力学系统理论研究了病毒传播行为.研究表明,当病毒基本再生数R_0≤1时,网络中病毒逐渐消除,系统的无病毒平衡点全局渐进稳定;当R_0>1时,网络中病毒持续存在,系统的地方病平衡点全局渐进稳定.通过仿真验证了所得结论的正确性.

关键词：移动环境病毒传播模型渐进稳定性

多域跨协议量子网络的域间密钥业务按需提供策略

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物理学报 2024年第17期73卷 33-45页

作者：陈越刘长杰郑伊佳曹原郭明轩朱佳莉周星宇郁小松赵永利王琴南京邮电大学通信与信息工程学院南京210003 北京邮电大学信息光子学与光通信全国重点实验室北京100876

现有的城域量子网络大多基于单一的量子密钥分发协议实现,将不同协议实现的城域量子网络进行互联是大规模量子网络的发展趋势,但其域间密钥业务提供仍存在成功率低、密钥供需不适配等问题.针对以上问题,本文面向多域跨协议量子网络提出... 详细信息

现有的城域量子网络大多基于单一的量子密钥分发协议实现,将不同协议实现的城域量子网络进行互联是大规模量子网络的发展趋势,但其域间密钥业务提供仍存在成功率低、密钥供需不适配等问题.针对以上问题,本文面向多域跨协议量子网络提出了两种域间密钥业务按需提供策略,分别是基于BB84(Bennett-Brassard-1984)旁路优先的按需提供策略和基于测量设备无关(measurement-device-independent,MDI)旁路优先的按需提供策略.同时,设计了内嵌两种策略的域间密钥业务按需提供算法.仿真结果表明,所提策略能够在双域和三域量子网络中高效完成域间密钥业务的按需提供.相比传统策略,两种按需提供策略可将多域量子网络的密钥供需均衡度提高1个数量级以上,MDI旁路优先策略在低密钥率需求下可将域间密钥业务请求成功率提升30%.此外,所提策略可在一定程度上降低域间密钥业务提供的成本,提高现实安全水平.

关键词：多域量子网络量子密钥分发跨协议密钥业务提供

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