[发明专利]基于时隙交织主动偏振补偿的量子密钥分发系统及方法

权利要求书

1.基于时隙交织主动偏振补偿的量子密钥分发系统，包括发送方和接收方，所述发送方将密钥信息发送至接收方，其特征在于，

所述发送方包括：

发送端，用于产生控制信号；

光信号发生模块，接收发送端的控制信号后产生通信脉冲信号，所述通信脉冲信号包括参考光脉冲信号和量子脉冲信号；

偏振调制器，接收所述通信脉冲信号后进行偏振编码；

同步信号发生器，接收发送端的控制信号后产生同步信号；

波分复用模块，将所述通信脉冲信号和同步信号波分复用；

所述接收方包括：

解波分复用模块，根据接收的波分复用后的信号分离出通信脉冲信号和同步信号；

同步信号接收器，对接收的同步信号进行处理，获取每个通信脉冲信号到达的时间信息和类型信息；

偏振解调器，对接收到的通信脉冲信号的偏振态进行主动补偿和选择解调基进行偏振解码；

信号检测模块，检测所述解码后的通信脉冲信号区分参考光脉冲信号和量子脉冲信号，将所述参考光脉冲信号和量子脉冲信号作为检测结果发送； 

接收端，用于接收所述检测结果获取密钥信息。

2.根据权利要求1所述的基于时隙交织主动偏振补偿的量子密钥分发系统，其特征在于：所述光信号发生模块包括依次连接的激光器、电光调制器、可变光衰减器、耦合器。

3.根据权利要求1所述的基于时隙交织主动偏振补偿的量子密钥分发系统，其特征在于：所述同步信号接收器包括驱动缓冲器、锁相环、倍频器、除法器，其中所述驱动缓冲器用于存储接收的同步信号后将所述同步信号分别发送至锁相环和除法器；所述锁相环用于恢复出与所述同步信号对应的同步信号时钟信号；所述倍频器用于获取所述同步信号时钟信号的倍频信号；所述除法器根据所述同步信号和倍频信号获取起始信号。

4.根据权利要求1所述的基于时隙交织主动偏振补偿的量子密钥分发系统，其特征在于：所述偏振解调器包括偏振控制器和偏振分束器，所述偏振控制器用于对接收到的通信脉冲信号的偏振态进行主动补偿，并随机选择解调基进行解码；所述偏振分束器用于对解码后的通信脉冲信号根据偏振态分离后输出。

5.根据权利要求4所述的基于时隙交织主动偏振补偿的量子密钥分发系统，其特征在于：所述信号检测模块包括光开关、光电探测器、SPAD，其中所述光开关分别接收所述不同偏振态的通信脉冲信号和接收方的反馈信号，并将每种通信脉冲信号中的参考光脉冲信号和量子脉冲信号分开；所述光电探测器用于检测参考光脉冲信号；所述SPAD用于检测量子脉冲信号。

6.一种基于上述任一项权利要求所述的基于时隙交织主动偏振补偿的量子密钥分发系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤（1）利用发送方产生通信脉冲信号，所述通信脉冲信号包括同一波长的参考光脉冲信号和量子脉冲信号，且所述参考光脉冲信号的单个脉冲能量的量级远大于量子脉冲信号的单个脉冲能量的量级；同时发送方产生与所述通信脉冲信号相对应的同步信号； 

步骤（2）所述发送方选择正交的偏振态作为编码基对所述通信脉冲信号进行偏振编码；

步骤（3）所述发送方将所述编码后的通信脉冲信号和同步信号波分复用；

步骤（4）利用接收方根据所述波分复用后的信号分离出通信脉冲信号和同步信号；

步骤（5）所述接收方对所述分离的同步信号进行处理，获取每个通信脉冲信号到达的时间信息和类型信息；然后对传输过程中的通信脉冲信号的偏正态进行主动补偿，并对补偿后的通信脉冲信号进行偏振解码，所述接收方根据偏振态将解码后的通信脉冲信号分开输出；

步骤（6）所述接收方检测偏振解码后的通信脉冲信号分离出参考光脉冲信号和量子脉冲信号，根据所述量子脉冲信号获取密钥信息。

7.根据权利要求6所述的基于时隙交织主动偏振补偿的量子密钥分发方法，其特征在于：所述步骤（1）中参考光脉冲信号的单个脉冲能量在10^-12J至10^-9J范围内，所述量子脉冲信号的单个脉冲能量在10^-19J至10^-20J范围内。