[发明专利]基于正交频分复用的量子密钥分配系统及其实现方法

说明书

本发明公开了基于正交频分复用的量子密钥分配系统及其实现方法，发送端将第一外腔可调谐激光器产生的脉冲激光经过正交频分复用技术处理后，经过光纤通道进行远距离传输后由接收端接收，接收端进行解调，获得最终安全的密钥。本发明推进了量子密码的实用化，同时能有效提高在量子通信过程中量子信号的传输效率。

技术领域

本发明属于量子密钥分发技术领域，涉及一种基于正交频分复用的量子密钥分配系统及其实现方法。

背景技术

随着互联网的大范围普及，人类之间的信息传递达到了前所未有的数量和频率，各种隐私信息越来越多地被暴露在互联网上，因此，人类对保密通信的需求也到了前所未有的高度。

量子通信是指利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型的通讯方式。量子通信是20世纪80年代开始发展起来的新型交叉学科，是量子论和信息论相结合的新的研究领域。量子通信主要涉及：量子密码通信、量子远程传态和量子密集编码等。量子密钥分配(QKD)是1984年物理学家Bennett和密码学家Brassard提出了基于量子力学测量原理的BB84协议，量子密钥分配从根本上保证了密钥的安全性。在光学系统中QKD协议是通过四种量子态来传输信息的。该方案的实施是靠经典信道和量子信道两个信道来实现的，其中前者的作用是使Alice和Bob进行通信密码的协商，也就是在该信道上传递控制信息；后者的作用是使Alice和Bob双方进行量子通信。

在国家安全、金融等信息安全领域，量子保密通信技术也开始发挥作用。2004年奥地利银行作为世界上首个采用量子通信的银行；2007年瑞士全国大选的选票结果传送过程也采用了量子保密通信技术，以保证结果的绝对安全。量子通信不仅在军事、国防等领域具有重要的作用，而且会极大地促进国民经济的发展。自1993年美国IBM的研究人员提出量子通信理论，美国国家科学基金会、国防高级设计计划局都会此项目进行了深入的研究。瑞士、法国等欧美国家也成立公司开始对量子通信进行商业研发。

然而通过大量实验发现，量子密钥分配在长距离通信上速率很低。目前针对数据的高效密钥协商算法并不完善，这从很大程度上限制了安全传输距离。因此，如何提高量子密钥的传输效率，成为了现在研究的热点与难点。

发明内容

为了达到上述目的，本发明提供一种基于正交频分复用的量子密钥分配系统及其实现方法，解决了现有技术中量子密钥分配在长距离通信上速率很低的问题。

本发明所采用的技术方案是，基于正交频分复用的量子密钥分配系统，包括：

发送端，用于连续变量初始密钥分发，量子信号经过光纤通道进行远距离传输至接收端；

接收端，用于连续变量密钥测量，接收端对接收到的量子信号进行测量，获得最终安全的密钥。

进一步的，所述发送端包括：

第一外腔可调谐激光器，用于产生脉冲激光，并发送至强度调制器；

强度调制器，用于对第一外腔可调谐激光器产生的脉冲激光进行强度调制；

相位调制器，用于对强度调制器发出的脉冲激光进行相位调制，并将光发送至光学I/Q调制器；

移相器，用来控制相位调制器具体调相的大小；

频率合成器，用来控制任意波形发生器、移相器和强度调制器的频率，使其三个的频率保持一致；

任意波形发生器，用作信号源，产生两路信号即模拟同相信号、模拟正交信号，并将其发送至光学I/Q调制器；

光学I/Q调制器，用于将模拟同相信号和模拟正交信号以及相位调制器发送的脉冲激光进行正交频分复用的调制，调制后输出一束两个偏振方向正交的光，并将光送至第一偏振分束器；

第一偏振分束器，用于将光学I/Q调制器发出的光分成两束线偏振光；