[发明专利]一种基于模式编码的量子密钥分发方法和系统

权利要求书

1.一种基于模式编码的量子密钥分发方法，其特征在于，包括步骤：

S1、出射光信号；

S2、将通过模式编码转换成所需信号模式的所述光信号通过多模光纤信道发送；其中，使用N个光纤模式进行编码，以获取log₂N比特/光子的编码效率；N为大于1的正整数；

S3、从所述多模光纤信道接收所述光信号，并将所述光信号进行模式解码；探测模式解码后的所述光信号的模式获取比特信息；

所述信号模式与所述比特信息具有对应关系。

2.根据权利要求1所述的基于模式编码的量子密钥分发方法，其特征在于，所述步骤S1中出射的所述光信号为基模信号，所述步骤S2还包括：

所述基模信号被分配至至少一个路径，在随机数的控制下，在一时刻中将其中一个路径的所述基模信号随机转换成所需信号模式的光信号并输出，其他路径的所述基模信号不进行转换和输出。

3.根据权利要求1所述的基于模式编码的量子密钥分发方法，其特征在于，所述步骤S1还包括：

出射多种模式信号的所述光信号；在随机数的控制下，在一时刻中出射的所述光信号为多种模式信号中的一种模式信号；

所述步骤S2还包括：

将不同的模式信号的所述光信号合成一路输出。

4.根据权利要求1所述的基于模式编码的量子密钥分发方法，其特征在于，所述步骤S1还包括：

从多个路径出射信号模式为基模的所述光信号，在随机数的控制下，在一时刻中从其中一个路径出射所述基模信号；

所述步骤S2还包括：

将不同路径的所述基模信号转换成不同的模式信号的所述光信号，并将不同的模式信号的所述光信号合成一路输出。

5.根据权利要求1所述的基于模式编码的量子密钥分发方法，其特征在于，所述步骤S3还包括：

根据输入模式将不同的信号模式转换成基模后从不同的路径输出，对对应的路径进行量子探测，并根据探测的编号和相应的探测结果获取解码信息。

6.根据权利要求1所述的基于模式编码的量子密钥分发的方法，其特征在于，所述步骤S3还包括：

根据输入模式将不同的信号模式转换成基模后从不同的路径输出，输出的基模信号合成一束后进行量子探测，根据所述光信号到达时间和探测结果获取解码信息。

7.根据权利要求1至6任一项所述的基于模式编码的量子密钥分发方法，其特征在于，所述步骤S2还包括：将所述光信号进行衰减至单光子量级。

8.一种基于模式编码的量子密钥分发系统，其特征在于，包括通过多模光纤信道连接的发送端和接收端；所述发送端发出的光信号通过所述多模光纤信道发送至所述接收端；

所述发送端包括光源模块和编码单元；所述接收端包括解码单元和量子探测单元；所述光源模块和所述编码单元相连，所述编码单元和所述解码单元通过所述多模光纤信道相连，所述量子探测单元和所述解码单元相连；所述光源模块出射光信号至所述编码单元，所述编码单元将通过模式编码转换成所需信号模式的所述光信号发送至所述解码单元，所述解码单元将所述光信号模式解码后经所述量子探测单元探测后获取解码后的比特信息；其中，所述编码单元使用N个光纤模式进行编码，以获取log₂N比特/光子的编码效率；N为大于1的正整数；所述信号模式与所述比特信息具有对应关系。

9.根据权利要求8所述的基于模式编码的量子密钥分发系统，其特征在于，所述光源模块包括一激光器，所述激光器出射信号模式为基模的所述光信号；

所述编码单元包括路径控制器和第一模式复用装置；所述路径控制器的输入端口和所述激光器的输出端口相连，所述路径控制器的多个输出端口分别连接所述第一模式复用装置的多个输入端口，所述第一模式复用装置的输出端口和所述多模光纤信道相连。