针对量子密钥分发光无线通信系统中的指向误差建模，研究人员提出全新综合分析框架
量子密钥分发（QKD）是一种基于量子力学原理的新兴通信技术，可使通信双方在可能遭到窃听的信道中生成共享的安全密钥。在影响量子密钥分发系统性能的诸多参数中，发射端与接收端的光轴偏差（即指向误差）尤为重要。然而，目前针对量子密钥分发光无线通信（OWC）系统指向误差的综合性研究仍十分匮乏。
为填补这一研究空白，2025年12月1日发表于IEEE Journal of Quantum Electronics第61卷第6期的一项研究，开创性地提出了一套用于建模指向误差对量子密钥分发光无线通信系统性能影响的综合分析框架。土耳其OSTIM技术大学的Yalçın Ata教授表示：“通过将光束偏移的统计模型与量子光子探测理论相结合，我们推导出了量子密钥分发系统关键性能指标的解析表达式，从而明确了指向误差在削弱安全密钥生成能力方面的具体作用。”
研究人员以广泛应用的BB84量子密钥分发协议为研究对象，采用瑞利分布与霍伊特分布对指向误差进行建模。以此为基础，他们首次推导出指向误差影响下的误码概率与筛选概率解析表达式，并进一步利用这些表达式计算量子比特误码率（QBER）与安全密钥率（SKR）。此外，研究人员还分析了对称与非对称光束偏移两种情形下指向误差所造成的影响。
研究结果表明，随着光束腰半径的增大，指向误差随之加剧，从而显著降低量子密钥分发系统性能，具体表现为量子比特误码率升高、安全密钥率下降。增大接收端孔径尺寸可在一定程度上缓解上述性能退化，但改善效果存在上限。值得关注的是，水平方向与垂直方向偏移量不同的非对称光束偏移，反而有利于系统性能的提升。
Ata教授总结道：“我们基于瑞利分布与霍伊特分布框架得出的结论，与现有通用模型保持一致，同时进一步厘清了指向误差非对称性在系统性能变化中所扮演的关键角色，为相关问题提供了全新的解析视角。”
参考文献
原文标题：《指向误差对量子密钥分发的影响》
期刊：IEEE Journal of Quantum Electronics
数字对象识别号：10.1109/JQE.2025.3627887
图释：本研究阐明了指向误差对量子密钥分发性能指标的影响，为实际系统的性能优化提供了重要参考依据。
新闻稿来源：IEEE光子学学会
媒体联络人：Laura A. Lander
电子邮箱：[email protected]
所在地：美国纽约
电话：+1 (732)-465-6479

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二月专题中的第二篇特稿文章由里尔大学（University of Lille）的研究人员与法国国家铁路公司（SNCF）的行业专家共同完成。文章表明，通过优化能量管理策略，改造后的混合动力双模式列车最高可实现达 51% 的燃油节约，清晰展示了一条在真实运营条件下显著降低铁路能源消耗与碳排放的高效且可落地的技术路径
Fuel-saving potential of a retrofitted diesel hybrid dual-mode train
Ayoub Aroua; Walter Lhomme; Clément Depature; Philippe Adam; Matthieu Renault
Published in Volume 7, IEEE Open Journal of Vehicular Technology
https://ieeexplore.ieee.org/document/11308122
本文研究了将传统柴油双模式列车改造为混合动力系统后所能实现的燃油节约潜力。柴油混合动力列车可在具备接触网条件的区段使用电力驱动，在无接触网区段则采用柴油和/或电池供能。基于法国在役列车开展的实车试验结果表明，采用一种以维持电池荷电状态为目标的规则型能量管理策略，混合动力改造可使燃油消耗降低约 22%–25%。然而，这种相对简单的控制策略并未充分发挥改造后所配置的大容量电池的潜力。
为进一步挖掘节油空间，作者引入了一种先进的能量管理优化算法，采用类似插电式混合动力汽车的“电量消耗型”策略，并综合考虑了铁路电力基础设施带来的充电机会、线路特性信息以及列车的日常运行任务。在此基础上，研究设计并评估了三种贴近实际运营的运行场景，这些场景在列车是否可在中途停站期间利用接触网充电，以及是否可在运行过程中从无接触网区段切换至接触网供电模式等方面存在差异。
仿真结果表明，与原先维持电池荷电状态的策略相比，优化后的能量管理方案可实现显著更高的节油效果，燃油消耗降低幅度约为 4%–37%。与原始的非混合动力列车相比，采用优化策略的混合动力列车可实现约 25%–51% 的燃油节约。
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1月16日至18日，第二届系统智能与安全前沿学术论坛暨IEEE Chongqing Section成立仪式在重庆大学举办。本次论坛由重庆大学、Journal of Automation and Intelligence、中国自动化学会可信控制系统专业委员会联合主办，中国工程院外籍院士、重庆大学宋永端教授担任会议主席。论坛聚焦自动化与系统智能领域的研究热点和前沿问题，中国工程院院士、欧洲科学院院士、IEEE Fellow等60余位国家级人才分享前沿研究成果，吸引了300余位专家学者参会。
会议合影
重庆市科技局二级巡视员冯光鑫、重庆大学副校长邓绍江在开幕式上致辞。论坛开幕式由重庆大学自动化学院院长苏晓杰教授主持。IEEE中国理事会主席闻映红教授主持IEEE Chongqing Section主席选举过程，经IEEE Chongqing Section会员现场投票，宋永端全票当选IEEE Chongqing Section主席。在全体与会代表的见证下，宋永端、邓绍江、冯光鑫和IEEE中国区会议经理马聪女士共同为IEEE Chongqing Section揭牌。宋永端在致辞中衷心感谢IEEE及社会各界的信任与支持，他将带领团队积极推进IEEE Chongqing Section的建设工作。随后，马聪和IEEE计算智能学会主席、欧洲科学院院士金耀初教授发表致辞，对IEEE Chongqing Section的成立表示热烈祝贺。
重庆市科技局二级巡视员冯光鑫致辞
重庆大学副校长邓绍江致辞
中国工程院外籍院士、重庆大学宋永端教授致辞
IEEE Chongqing Section揭牌仪式
本次论坛包括3场大会报告、6场特邀报告和1场圆桌论坛，内容丰富多元，精彩纷呈。中国工程院院士、东北大学柴天佑教授，欧洲科学院院士、安徽大学刘德荣教授，IEEE计算智能学会主席、欧洲科学院院士金耀初教授分别作大会报告，报告内容涉及控制系统智能化发展，类脑计算与类脑具身智能，IEEE期刊、会议、会员工作与学术职业发展等，受到了与会专家学者的广泛好评。
中国工程院院士、东北大学柴天佑教授作大会报告
欧洲科学院院士、安徽大学刘德荣教授作大会报告
IEEE计算智能学会主席、欧洲科学院院士金耀初教授作大会报告
特邀报告以“系统智能与安全”为核心主题，由广东工业大学谢胜利教授、西北工业大学潘泉教授、鹏城实验室/西安电子科技大学石光明教授、西安交通大学刘妹琴教授、哈尔滨工业大学（深圳）吴爱国教授、北京航空航天大学董希旺教授呈现，围绕AI赋能的北斗导航创新技术、低空经济与低空安全、人工智能从数字世界向物理世界的进化、水下目标定位跟踪、时滞系统控制理论及集群协同控制等前沿方向，引发了与会学者的热烈讨论。
圆桌论坛环节由同济大学张皓教授主持，清华大学孙富春教授、青岛科技大学李少远教授、电子科技大学陈华富教授、华东理工大学严怀成教授参加，围绕“具身智能感知、决策、控制一体化”的最新学术动态、技术挑战和发展趋势展开了深度交流。
圆桌论坛
本次论坛搭建了一个高水平、跨学科、促融合的学术交流平台，为智能自动化、系统安全及自主无人系统等领域的前沿创新与融合发展注入了新的思想动力。

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本期月度专栏的首篇文章是一篇特邀综述论文，由上海交通大学的研究团队联合完成。文章围绕远场、近场以及跨场无线传播场景，深入浅出地梳理了波束管理技术的发展脉络，生动揭示了不同传播场区下的信道特性如何影响系统设计取舍、工程实现难点，以及面向下一代无线网络的潜在研究方向。
Cross Far- and Near-field Beam Management Technologies in Millimeter-wave and Terahertz MIMO Systems
Yuhang Chen; Heyin Shen; Chong Han
Published in Volume 7, IEEE Open Journal of Vehicular Technology
https://ieeexplore.ieee.org/document/11239413
试想这样一个世界：你的无线连接在定位你时，不仅需要知道你的方向，还必须精确感知与你之间的距离。这正是大规模天线阵列和高频信号所带来的新现实——它们将近场区域扩展为一个广阔且可通信的空间。在这样的环境中，简单的“手电筒式”波束已远远不够，我们需要更加精准的“聚光灯”。由此便产生了跨场（cross-field）挑战：当用户可能位于传统远场、扩展近场，或在两者之间移动时，我们该如何进行高效的波束管理？
为回答这一问题，我们将波束管理系统性地组织为四个核心支柱：信道建模、信道获取、波束成形设计以及波束跟踪。首先，我们需要确定一种既能刻画近场中的曲面波传播，又能描述远场中平面波特性的信道模型。为此，我们对比了精确但复杂的球面波模型、在近场失效但形式简单的平面波模型，以及在两者之间取得平衡的新型混合模型。更为关键的是，我们阐明了这些模型如何塑造波束形态，使波束控制从仅依赖角度的指向，发展为联合角度–距离的精确聚焦。
随后，我们转向信道获取问题，即在二维“角度–距离”空间中定位用户。我们系统综述了从穷举式、分层式到基于学习的方法等多种波束扫描策略，并进一步讨论了与之相匹配的信道估计技术。在完成用户定位后，波束成形设计开始发挥作用，对信号进行精细塑造。我们分析了不同系统架构和算法如何实现自适应波束成形——从适用于远场的“手电筒式”宽波束，到面向近场精确指向的“聚光灯式”窄波束。最后，我们回顾了波束跟踪策略，探讨如何利用预测与自适应方法，在用户跨越场区边界移动时保持稳定连接并实现无缝对准。
总而言之，本文将对信道物理的场区感知理解与工程实践中的波束管理框架紧密结合，揭示了传统方法在跨场场景下的不足，并为未来具备跨场能力的无线网络发展提供了清晰指引。
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