[发明专利]一种基于轨道角动量编码的量子密钥分发方法及系统

摘要

本发明提供了一种基于轨道角动量编码的量子密钥分发方法和系统。在量子密钥编码发射端通过采用轨道角动量纠缠态作为信息编码的载体，并通过空间光调制器实现轨道角动量的动态调制，输出稳定的量子编码；在接收端利用空间光调制器和符合计数测量装置可以稳定快速的测量接收到的量子信息并最终通过公共信道上编码基和测量基的比对，准确解码出量子比特编码信息。本发明提出的量子密钥的调制与解调过程功能高度集成，可以方便地进行信息的实时发送和接收，系统高效、稳定，另外本发明利用Bell-CHSH不等式的违背验证可以对窃听者的窃听行为进行实时判定，保证了高度安全的量子密钥分发。

主权项

一种基于轨道角动量编码的量子密钥分发系统，其特征在于：包括密钥发送端和密钥接收端；所述密钥发送端包括，依次连结的激光器、聚焦透镜、BBO晶体、分束器、第一空间光调制器和第一滤波片，还包括第一计算机，所述第一计算机的一端与所述第一空间光调制器连接且另一端通过单模光纤与公共信道连接；所述密钥接收端包括，依次连接的第二空间光调制器、第二滤波片、第一单光子探测器和符合计数器，所述第二空间光调制器与所述分束器连接，还包括连接于所述第一滤波片与所述符合计数器之间的第二单光子探测器，还包括第二计算机，所述第二计算机的一端与所述第二空间光调制器连接且另一端通过单模光纤与所述公共信道连接，所述符合计数器与所述第二计算机连接；所述激光器作为泵浦光源，用于泵浦产生高斯光；所述聚焦透镜用于聚焦激光光束；所述BBO晶体用于参量下转换产生信号光子和闲置光子，产生的光子对纠缠于轨道角动量自由度；所述分束器用于将参量下转换产生信号光子和闲置光子分两路输出；所述第一空间光调制器用于调制入射的信号光子，进行量子比特的编码；所述第一计算机用于实时调制第一空间光调制器上的入射信号光子的轨道角动量态，并用于进行编码基和测量基的比对；所述第一滤波片用于滤掉信号光子中未转换的残留光子；所述信号光子通过单模光纤传送到所述第二单光子探测器；所述分束器将所述闲置光子通过自由空间传送到所述第二空间光调制器；所述第二空间光调制器用于调制闲置光子轨道角动量态，进行闲置光子轨道角动量态的测量；所述第二计算机用于实时调制第二空间光调制器上入射闲置光子的轨道角动量态，并用于进行编码基和测量基的比对；所述第二滤波片用于滤掉闲置光子中未转换的残留光子；所述闲置光子通过单模光纤传送到所述第一单光子探测器；所述第一单光子探测器用于探测单模光纤传送的调制闲置光子，并记录单位时间内到达的闲置光子数目；所述第二单光子探测器用于探测单模光纤传送的调制信号光子，并记录单位时间内到达的信号光子数目；所述符合计数器用于接收第一单光子探测器和第二单光子探测器所传送的探测信号并产生符合测量计数，并将计数结果传送给第二计算机。