[实用新型]一种相位偏振多自由度调制QKD网络系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及通信领域中的量子保密通信以及光纤通信技术领域，具体是相位偏振多自由度调制QKD网络系统。

背景技术

目前，量子信号调制普遍采用偏振、相位、频率、强度等单一自由度调制。光信号的偏振调制是指通过调节光的偏振方向实现对信息的加载。通常采用光子的两个线偏振态进行编码，由于光的偏振态在传输过程中易受光纤中的应力双折射和偏振模色散等因素的影响以及环境的干扰，一般需要进行偏振补偿或者其他能够确保偏振稳定的方法。相位调制是指利用光的相位来编码信息。量子通信的相位调制原理上主要是基于Mach-Zehnder干涉仪，核心器件是相位调制器。最早提出的相位调制方案是基于单个等臂M-Z干涉仪。由于受环境影响，两臂的臂长差会不稳定，相位差也就会产生漂移，干涉效果就会受到严重影响，尤其对于较长距离的传输，干涉效果更差。后来，人们提出了双不等臂M-Z干涉系统，光纤重合部分上的时间扰动对两个脉冲的影响相同，干涉稳定性有了很大的提高。然而，即使使用双不等臂M-Z干涉仪，臂长的微小变化也会引起干涉对比度下降。

M-Z干涉仪QKD系统一般采用的是BB84协议、B92协议，系统的安全性基于Eve不能确切知道合法通信方对信息进行的编码和探测时使用的基。另一方面，采用BB84协议、B92 协议的系统，在最终形成密码时，要进行编码基与测量基的比对，因此协议效率不高，成码率低，尚不能满足实际应用需求。差分相位编码继承了相位编码方案编码速度快、抗干扰能力强和极限传输距离远的优点，适合实现于光纤线路中，对码生成效率有很大的提高。差分相位编码利用前后两个脉冲差携带信息，脉冲在光纤中会经历相同的相位和偏振变化，对光纤中的各种干扰不敏感，从而提高了系统的稳定性。

2006年唐志列等人发表的《位相调制偏振态的量子编码器和解码器及其应用》提出了一种新的相位调制偏振编码的量子密钥分发方法，虽然具有较高的稳定性，但其进行的六态量子编码器和解码器的量子保密通信光子利用率较低。2014年12月王金东等人发表的《相位调制偏振编码的四态量子编码器和解码器及量子密钥分发系统》，通过相位调制器调制某一线偏振光的相位从而达到改变两线偏光相位差，最后实现偏振编码，也只是利用偏振这一单自由度作为信息载体进行的量子传输。而轨道角动量具有多自由度，能够实现高维量子信息的编码。但轨道角动量多自由度调制主要应用于量子自由空间通信、经典多通道高速通信。

基于上述现有技术的现状，有待开发一种相位偏振多自由度调制QKD网络系统，实现一对多的通信。且各用户相对独立，保证单用户的密钥生成率稳定，不会随着用户的增加而减小，从而实现量子密钥分发网络系统安全、稳定、高效的传输。

实用新型内容

本实用新型目的是克服现有技术的不足，提出一种相位偏振多自由度调制QKD网络系统。该相位偏振多自由度调制QKD网络系统，通过单光源多波长激光器产生的多波长脉冲作为多用户信息传输载体，将各个波长脉冲发送到不同的合法用户，实现一对多的通信。且各用户相对独立，保证单用户的密钥生成率稳定，不会随着用户的增加而减小。从而实现量子密钥分发网络系统安全、稳定、高效的传输。另外，该相位偏振多自由度调制的多用户量子密钥分发网络系统采用一种新的量子信息编码方式，即采用差分相位编码同时偏振编码的方式，能有效减少因外界条件不稳定带来的误码率，提高系统的安全性和稳定性，并且将光子利用率由原来的0.5提高到2。改进了现有的差分相位与偏振编码复合QKD方案，提高了量子密钥生成率，缩短了每次通信时隙等待时间。

该系统将单光源多波长激光器、衰减器、偏振分束器、合束器、相位调制器、偏振控制器作为多用户信息传输的载体。其中经过上下两臂前后脉冲具有的相位差加载一个信息比特，同时脉冲偏振态加载另一个信息比特。通过波分复用单元将各个波长脉冲发送到不同的合法用户，进行相应的偏振解调和相位解调。各用户相对独立，保证单用户的密钥生成率稳定。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种相位偏振多自由度调制QKD网络系统，包括Alice控制端、波分复用单元和多用户Bob端，Alice端通过波分复用单元与多用户Bob端连接，

所述Alice端包括多波长激光产生装置、衰减器、第一偏振分束器、第一合束器、相位调制器、第一偏振控制器和第二偏振控制器；

所述波分复用单元包括波长选择装置；