[发明专利]空分复用连续变量量子通信加密系统及实现方法

说明书

本发明公开了一种空分复用连续变量量子通信加密系统及实现方法。发送端通过光分插复用器将连续变量量子信号、时钟信号以及经典信号波分复用，再通过空分复用设备将多路波分复用信号进行空分复用并送入由多芯光纤或者少模光纤构成的通信信道。接收端先将通信信道中的信号通过空分解复用设备进行解复用，再通过光分插复用器将每一路波分复用信号解复用，最后通过连续变量量子信号接收端接收连续变量量子信号，通过经典信号收发机分别接收时钟信号和经典信号。本发明实现了面向多芯光纤与少模光纤的同时进行连续变量量子通信与经典信号的空分复用传输，并能进一步提高连续变量量子通信加密系统的安全密钥率。

技术领域

本发明属于光纤量子通信技术领域，涉及一种空分复用连续变量量子通信加密系统及实现方法。

背景技术

量子通信能使合法通信双方在不可信任的量子信道中安全共享密钥，其安全特性基于量子力学的测不准原理和量子不可克隆定理。目前量子通信由信息载体的不同分为离散变量和连续变量两个方向。与离散变量量子通信协议相比，连续变量量子通信其量子态更容易制备，可融入现有的光纤系统中，且可以使用高效低成本的零差检测或者外差检测技术，这使得连续变量量子通信系统更容易进入商业化领域。

目前大部分连续变量量子通信系统是脉冲系统，相比于经典的信息通信，连续变量量子通信的密钥比特率仍旧比较低，如何提高安全密钥比特率尤为重要。利用复用技术来提升密钥比特率是一个十分重要的方法。目前连续变量量子通信系统已经利用的复用技术包括时分、频分、波分、偏振复用。因此，可以利用新的复用技术来提升安全密钥比特率。

随着量子计算机和分布式大规模计算技术的发展，以及在实际情况下密钥长度的有限，经典加密算法存在被破解的可能，因此发展新的保密通信方法势在必行。连续变量量子通信是目前最佳的候选加密手段之一，如何更好的将连续变量量子通信应用于实际尤为重要。目前已经建立起了广泛的光纤通信系统，将连续变量量子通信与目前的通信系统兼容减少大量的人力物力财力。这就要求连续变量量子通信与经典信号能够共存。因此如何实现连续变量量子通信与经典信号共存势在必行。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供一种空分复用连续变量量子通信加密系统，解决了现有技术中存在的连续变量量子通信的密钥比特率仍旧比较低、连续变量量子通信与经典信号无法共存的问题。

本发明的另一目的是，提供一种空分复用连续变量量子通信加密系统的实现方法。

一种空分复用连续变量量子通信加密系统，包括：

连续变量量子信号发送端，用于时钟信号生成，密钥生成，光脉冲调制，并将时钟信号与调制后的量子信号通过单模光纤发送至光分插复用器；

经典信号发送端，用于经典信号生成，并将信号通过单模光纤发送至光分插复用器，同时接收并检测来自光分插复用器的经典信号；

连续变量量子信号接收端，用于检测连续变量量子信号，并根据检测结果与连续变量量子信号发送端进行密钥协商、私密放大，最终使得双方获取安全密钥；

经典信号接收端，用于检测经典信号，检测来自光分插复用器的经典信号，同时生成经典信号并通过单模光纤发送至光分插复用器；检测时钟信号并将检测结果输入连续变量量子信号接收端的FPGA数据采集卡；

空分复用器，用于在发送端将多路光波分复用信号进行空分复用并将信号送入通信信道，在接收端将空分复用光信号解复用并将各个光波分复用信号通过单模光纤发送至光分插复用器；

通信信道，为多芯光纤或者少模光纤形成的传输媒介，用于传输经空分复用后的经典信号与量子信号。

进一步的，所述连续变量量子信号发送端包括：

脉冲激光器，用于产生脉冲相干光；

第一分束器，用于将脉冲相干光分离为1%的信号光与99%本振光；