[发明专利]一种自由空间连续变量量子密钥分发的极化成对编码方法

说明书

本发明公开一种自由空间连续变量量子密钥分发的极化成对编码方法，依次为：发送方，激光器产生激光脉冲通过幅度调制器调节信号，再通过第一偏振分束器分解成两束正交的偏振光束；两束偏振光束通过I/Q调制，完成极化成对编码后，通过偏振合束器，再进行信号传输；信号接收后：通过第二偏振分束器对偏振复用信号进行解复用，获得两束偏振光束；再结合本地振荡器通过分束器获得的两束本地振荡信号，通过光电探测器完成相干检测，测量两束偏振光束；再经过极化成对解码模块进行极化成对解码，获得发送方传送的信号。本发明解决现有技术中偏振相关损耗会累积，导致信号失真增加，产生更大的误差，从而限制系统中的密钥分发速率和传输距离的问题。

技术领域

本发明属于连续变量量子密钥分发技术领域，涉及一种自由空间连续变量量子密钥分发的极化成对编码方法。

背景技术

在互联网时代，信息科学高速发展，如何提高数据的保密性和安全性一直是用户重点关心的问题。因此，信息安全这一重要的科学探索课题对于现代发展有着时代意义。目前被大范围使用的密码体系是以未被完美推算出来的数学难题为基础的，然而随着技术的发展，当前计算机的计算能力正在不断突破，第一台量子计算机已经问世。这意味着这种基于数学难题的信息安全体系在不久的未来将受到艰难的挑战，因此必须探寻新型有效的加密方式来直面将要面对的难题。

自1984年量子密钥分发协议被Bennett和Brassard最先提出讨论，量子保密通信技术日渐成熟。量子保密通信的巨大优势在于其绝对安全性，这是由神奇的量子所遵循的海森堡测不准原理及量子态无法被窃听者精确克隆的特性所保证的。经过几十年的发展，量子保密通信从最开始的单光子离散通信系统，到现在被广泛讨论的连续变量量子密钥分发系统，量子保密通信技术的迅猛发展让世界为之瞩目。

连续变量量子密钥分发技术朝着长距离、大容量传输方向发展，信道复用技术是建立实用量子通信网络的重要途径，其中正交相移调制和偏振多路复用成为关注的焦点。在不增加带宽资源的情况下，利用波长信道的正交偏振复用可以使传输容量增加一倍。对于一个偏振复用相干光学系统，尽可能保证两个相关通道的正交性是非常重要的。而环形器、隔离器、复用器等光学器件带来的偏振相关损耗影响，会破坏正交性，从而成为基于偏振复用的连续变量量子密钥分发系统所面临的挑战之一。偏振相关损耗是由晶体二向性引起的，描述了偏振态间最大传输差异，体现在偏振复用时正交的偏振态间在不同程度上衰减，最终导致信号偏振之间不平衡的信噪比。由于其非单一性，这是一个尚未解决的问题。传输中一直偏振相关损耗会累积，导致信号失真增加，产生更大的误差，从而限制了系统中的密钥分发速率和传输距离。为了克服偏振相关损耗问题，在经典光通信领域C.Zhu提出了极化成对编码方案。但是相比经典光通信，连续变量量子密钥分发中的信号幅度小很多，正常工作的信噪比较低，信号处理方式及有效密钥率的分析均大相径庭。本发明拟采用极化成对编码的思想，结合连续变量量子密钥分发系统的工作机制，来研究如何对抗偏振相关损耗问题。

发明内容

为了达到上述目的，本发明提供一种自由空间连续变量量子密钥分发的极化成对编码方法，解决了现有技术中存在的偏振相关损耗会累积，导致信号失真增加，产生更大的误差，从而限制了系统中的密钥分发速率和传输距离的问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是，一种自由空间连续变量量子密钥分发的极化成对编码方法，按照以下步骤进行：

步骤A，连续变量量子密钥发送过程：在发送方，激光器产生的激光脉冲通过幅度调制器调节信号强弱，再通过第一偏振分束器分解成两束正交的偏振光束；两束偏振光束分别通过I/Q调制，完成极化成对编码操作后，通过偏振合束器变为偏振复用信号；经由信号发射装置进入自由空间量子信道进行传输，再由接收方接收并处理；

步骤B，连续变量量子密钥接收过程：接收方通过信号接收装置接收信号，通过第二偏振分束器对偏振复用信号进行解复用，获得两束偏振光束；再结合本地振荡器通过分束器获得的两束本地振荡信号，通过光电探测器完成相干检测，测量两束偏振光束；再经过极化成对解码模块进行极化成对解码，获得发送方传送的信号。