[发明专利]一种基于时分复用的量子秘钥分发系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于时分复用的量子秘钥分发系统及方法，系统包括发射端与接收端，发射端设置有可发射连续光及单光子的激光器，且该激光器通过分时复用的方式发射信号光与同步光，另外系统通过在接收端增加一个偏振分束器，将信号光分解为两个垂直的偏振态，利用保偏光纤干涉环完成各自偏振态下的干涉，得到较好的干涉结果，避免了光纤传输过程中双折射效应影响光偏振态对干涉结果的影响，同时摒弃了纠偏系统，简化了系统冗杂度，也降低了生产成本，同时，在系统中驱动单个激光器采用时分复用的方式发射信号光以及同步光，降低了系统的繁杂度以及生产成本。

技术领域

本发明涉及光传输安全通信技术领域，特别涉及一种基于时分复用的量子秘钥分发系统及方法。

背景技术

随着互联网的大范围普及，人类之间的信息传递达到了前所未有的数量和频率，各种隐私信息越来越多地暴露在互联网上，因此，人类对保密通信的需求也到了前所未有的高度。现在的互联网信息安全的加密方式称为“公开密钥”密码体系，其原理是通过加密算法，生成网络上传播的公开密钥，以及留在计算机内部的私人密钥，两个密钥必须配合使用才能实现完整的加密和解密过程。

现代互联网使用的加密标准是20世纪70年代诞生的RSA算法，即利用大数的质因子分解难以计算来保证密钥的安全性。

量子密钥分配是1984年物理学家Bennett和密码学家Brassard提出了基于量子力学测量原理的BB84协议，量子密钥分配可以从根本上保证了密钥的安全性。

现有技术中量子密钥在发射端产生信号光，经过传统的量子信道传输过程中，由于经过光纤信道双折射等作用，其偏振态会有较大变化，影响光信号后期的干涉效果，会造成整体密钥的丢失，目前，为了解决上述问题会在接收端增加纠偏系统，通过纠偏系统来还原光信号的偏振态，但是纠偏系统需要复杂的硬件以及软件部分组成，给整个密钥分配系统带来了整体系统的复杂度以及提高了生产成本；另外，在量子密钥分发系统中需要传输两路光信号，一路是同步光，用来给接收端产生同步信号并向单光子探测器输出门控信号，另一路是用来生成量子密钥的信号光。传统的方法驱动两个波长的激光器分别用来产生同步光和信号光，然后通过两根光纤分别传输同步光以及信号光至接收端，或者采用波分复用的方式通过同一根光纤来传送，请参照附图1、附图2，上述方式均需要采用同步激光器以及信号激光器，采用波分复用方式需要使用波分复用器，进一步增加了系统的复杂度以及提高了生产成本。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于时分复用的量子秘钥分发系统及方法，以解决现有技术中量子密钥分发系统结构过于繁杂以及生产成本过高的技术性缺陷。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于时分复用的量子秘钥分发系统，包括发射端与接收端，所述发射端与接收端通过量子信道连接，所述发射端包括发射端驱动板、可发射连续光及单光子的激光器、强度调制器、干涉单元、第一可调衰减器以及第二可调衰减器，所述可发射连续光及单光子的激光器一路依次连接强度调制器、干涉单元以及第一可调衰减器，另一路连接第二可调衰减器，所述第一可调衰减器与第二可调衰减器通过量子信道连接接收端，发射端驱动板分别连接可发射连续光及单光子的激光器、强度调制器、干涉单元、第一可调衰减器以及第二可调衰减器；

所述接收端包括接收端驱动板、同步探测器、偏振分束器、两路并列的干涉单元以及两路单光子探测器，所述同步探测器与偏振分束器分别通过量子信道对应连接第二可调衰减器与第一可调衰减器，所述偏振分束器分别连接两路干涉单元，所述接收端驱动板分别连接同步探测器、相位调节器以及单光子探测器，

所述干涉单元包括前端保偏分束器与后端保偏分束器，前端保偏分束器分别通过长臂保偏光纤以及短臂保偏光纤与后端保偏分束器连接，所述长臂保偏光纤中连接有相位调节器，所述接收端部分的两路干涉单元分别包括两路输出，该四路输出两两交叉合并后分别连接单光子探测器。

优选地，所述量子信道为单模光纤。