湍流自由空间偏振信道中测量设备无关量子密钥分发的安全性分析——一种复合信道框架
大气湍流会导致偏振退相干和退偏振效应,显著降低自由空间测量设备无关量子密钥分发(FSO MDI-QKD)的密钥生成率(SKR)。本研究建立了一个统一的退偏振-退相干信道模型,将湍流引起的相位扰动、高斯光束展宽、光束漂移、孔径截断和闪烁效应整合为三个闭合参数:退偏振因子、退相干因子和探测概率。通过将湍流效应映射为服从von Mises-Fisher/Watson分布的SU(2)旋转,研究团队推导出与现有MDI-QKD安全分析兼容的解析SKR表达式。该模型在晴空、阴天和雾霾条件下均表现优异,兼具计算高效性和实验可验证性,可支持实时链路自适应调节。基于地-星自由空间链路的数值仿真验证了其准确性,为构建全球规模的MDI-QKD网络提供了稳健的物理层设计基础。
