[发明专利]自由空间连续变量量子密钥分发方法及系统

说明书

本发明提供了一种自由空间连续变量量子密钥分发方法及系统，包括：使用高斯调制对量子信号光进行调制，将调制后的量子信号光与本振光耦合得到耦合光，通过自由空间信道发送所述耦合光；接收所述耦合光，将所述耦合光中的量子信号光与本振光分离；获取部分分离得到的本振光，根据本振光的波前相位校正分离得到的量子信号光。本发明可以减弱大气效应的影响、提升连续变量量子密钥分发性能。

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体地，涉及一种基于自适应光学的自由空间高斯调制连续变量量子密钥分发方法及系统。

背景技术

连续变量量子密钥分发是有别于传统通信的一项技术，其主要利用测不准原理和量子态不可克隆定理来实现通信的无条件安全。因其能够与现有的光通信技术兼容的潜在优势，光纤信道连续变量量子密钥分发吸引了许多科研人员参与研究。自由空间连续变量量子密钥分发作为构建全球量子密钥分发网络的重要组成部分，为了使其与光纤信道连续变量量子密钥分发更好地融合发展，近年来，自由空间信道下连续变量量子密钥分发的研究成为连续变量量子密钥分发的研究热点之一。

公开号为CN109510701A的专利公开了一种连续变量量子密钥分发设备及方法，该设备包括：光源，调制单元，第一随机数发生器和处理器；其中，处理器用于根据预设的调制格式符号数，每个符号的分布概率和由第一随机数发生器产生的第一随机数序列，得到第一数据序列；根据该第一数据序列，得到第二数据序列；调制单元用于根据第一数据序列，对光源发出的信号进行调制，输出第二光信号，该第二光信号无需包括现有高斯协议要求的2⁸×2⁸量级的量子态个数，实现难度低。

与光纤信道连续变量量子密钥分发相比，自由空间信道连续变量量子密钥分发方式具有天然优势：不需要特定的传送介质，具有无线电通信的便捷性，大气中光子传播不受双折射效应的影响，信道噪声较小，高度增加时大气密度降低，光子传输损耗急剧减小等。

但目前自由空间连续变量量子密钥分发还存在诸多问题。大气中影响因素，比如空气的流动，散射，气候等等，使得自由空间连续变量量子密钥分发未能取得重大进展。尤其是激光在大气中传输时，易受到大气湍流的影响，导致传输光束的波前随机起伏，造成光斑漂移、强度起伏(闪烁)等大气湍流效应，致使传输的光束质量下降，从而造成通信系统性能下降，严重影响了系统性能。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种自由空间连续变量量子密钥分发方法及系统。

根据本发明提供的一种自由空间连续变量量子密钥分发方法，包括：

量子信号发送步骤：使用高斯调制对量子信号光进行调制，将调制后的量子信号光与本振光耦合得到耦合光，通过自由空间信道发送所述耦合光；

量子信号接收步骤：接收所述耦合光，将所述耦合光中的量子信号光与本振光分离；

自适应光学处理步骤：获取部分分离得到的本振光，根据本振光的波前相位校正分离得到的量子信号光。

优选地，所述量子信号发送步骤中，将激光器产生的光束通过一个分束比为99:1的分束器得到1％的量子信号光和99％的本振光，然后利用强度调制器和相位调制器完成对量子信号光的高斯调制，通过偏振复用和时分复用将调制后的量子信号光和本振光耦合。

优选地，使用两组随机数：一组随机数服从瑞利分布，用于量子信号光的强度调制；另一组随机数服从于均匀分布，用于量子信号光的相位调制。

优选地，所述量子信号接收步骤中，对接收到的耦合光通过动态偏振控制器进行偏振补偿，然后通过时分和偏振解复用将耦合光中的量子信号光和本振光分离，利用分束器分离出部分本振光用于所述自适应光学处理步骤。