[发明专利]基于连续变量量子密钥分发的水下通信系统及其实现方法

说明书

本发明公开了一种基于连续变量量子密钥分发的水下通信系统及其实现方法，属于自由空间量子通信技术领域。通过发送端的第一激光器、第一电光强度调制器、信号源、第一光束分束器、第二电光强度调制器、第一电光相位调制器、可调谐激光衰减器的系统配合，将光信号输出并进入接收端；第二激光器产生本振光，通过第二电光相位调制器的调制，与发送端输出的光信号进入零差探测器进行检测，最终在有效距离内建立安全密钥。本发明将连续变量量子密钥分发技术应用到水下光通信系统中，光信号不易被第三方窃取信息，实现安全的水下通信系统；利用零差检测过滤环境杂光，实现在白天和有背景光的环境中同样达到很好的检测效果。

技术领域

本发明属于自由空间量子通信技术领域，特别是涉及一种基于连续变量量子密钥分发的水下通信系统及其实现方法。

背景技术

量子密钥分发系统可以通过不可信任的量子信道在合法双方之间共享密钥，其理论的绝对安全性是基于量子力学的测不准原理和量子不可克隆定理。目前量子密钥分发系统的实现方案主要分为离散变量和连续变量。相较于离散变量方案，连续变量具有其独特优势，包括易制备、易探测等等，这使得其在应用领域得到了很好的研究推广。

水下通信系统是海洋探索和现代通信系统中重要的一部分，传统的水下通信采用声波技术，这种技术存在固有的缺陷，比如低带宽、高延时和安全问题。在海洋军事领域，安全问题尤其重要，声波在传播过程中容易被窃取，目前的加密技术也面对着量子计算机的威胁。因此，如何将量子密钥分发系统融合到水下通信系统以实现安全通信是一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于连续变量量子密钥分发的水下通信系统，结合连续变量量子密钥分发技术和水下光通信技术，以实现高带宽、低延时和安全的水下通信系统。

本发明所采用的技术方案是，提供一种基于连续变量量子密钥分发的水下通信系统，包括用于制备高斯调制相干态量子信号的发送端和用于接收和检测量子信号的接收端；所述发送端包括：

第一激光器，用于产生相干光；

信号源，用于生成调制信号的模拟电信号，并控制第一电光强度调制器、第二电光强度调制器和第一电光相位调制器的调制；

第一电光强度调制器，用于接收信号源输出的调制信号的模拟电信号，并对第一激光器产生的相关光进行脉冲调制，同时输出额定频率的脉冲相干光信号；

第一光束分束器，用于将第一电光强度调制器输出的脉冲相关光进行分离；

第二电光强度调制器，用于接收信号源输出的调制信号的模拟电信号，并对第一光束分束器输出的相干激光进行振幅调制，调制后的光信号满足瑞利分布；

第一电光相位调制器，用于接收信号源输出的调制信号的模拟电信号，对第二电光强度调制器输出的光信号进行相位调制，调制后的光信号满足瑞利分布；经过第二电光强度调制器和第一电光相位调制器的调制后，信号光呈高斯相干态；

可调谐激光衰减器，用于将第一电光相位调制器输出的光信号进一步衰减；

所述接收端包括：

第二激光器，用于生成波长、频率与第一激光器光信号相同的本地本振光信号；

第二电光相位调制器，用于对本振光进行0或π/2随机相位调制，其随机性由随机数生成器控制；

随机数生成器，用于原始密钥串生成，同时也用于控制本地本振光信号的随机相位调制信号输入；

第二光束分束器，用于将接收到的信号光与第二相位调制器输出的本地本振光信号进行干涉；

第一光电探测器和第二光电探测器，用于检测信号光与本振光干涉后的信号光强度；

差分放大器，用于将第一光电探测器和第二光电探测器的输出信号进行差分放大。