[实用新型]一种M-Z型OAM纠缠调制密钥分发系统

说明书

本实用新型提供一种M‑Z型OAM纠缠调制密钥分发系统，包括OAM‑OAM纠缠产生单元、第一和第二复用模块、OAM调制单元、Bob用户端以及符合测量单元；所述OAM‑OAM纠缠产生单元用于产生轨道角动量和轨道角动量混合纠缠量子态；所述第一和第二复用模块用于分离任意OAM态；OAM调制单元用于对轨道角动量进行相位偏转调制和加载编码信息；所述符合测量单元用于对信号光和闲置光进行符合测量解码量子比特信息。本实用新型提高了量子密钥分发系统的安全性，利用M‑Z干涉仪分离任意OAM，扩展了量子编码的容量，获得了高效编码的量子密钥分发系统，可以时钟同步，进行实时监测，消除了所有检测器侧的漏洞，并且有效解决了参考系对准和模式匹配的问题。

技术领域

本实用新型涉及自由空间通信与量子通信网络领域，具体涉及一种M-Z型OAM纠缠调制密钥分发系统。

背景技术

传统密码技术的安全性依赖于数学上的计算复杂度，具有强大计算能力的计算机对破解密码具有极其重要的作用，随着目前计算能力的进步和提高，传统密码技术的安全性受到巨大威胁。量子密钥分发(Quantum Key Distribution，QKD)安全来源依赖于物理原理，而非数学问题的求解复杂度。因此，理论上再多的计算资源也无法有效地帮助窃听者来破解密钥，故QKD具有理论上的无条件安全性。简而言之，QKD的安全性来自于量子力学的两个特性：一是量子世界在本质上的真随机性；二是量子不可克隆定理。

光子可以携带两种角动量：自旋角动量(Spin Angular Momentum，SAM)和轨道角动量 (Orbital Angular Momentum，OAM)。自旋角动量与偏振态相关，因此利用单光子的自旋态来编码，只能实现一个量子比特；而轨道角动量的本征态为|l，l为OAM量子数，在理论上允许取任意整数，因此利用单光子的轨道角动量，可以实现一个高维的Hilbert空间中多位量子态编码，能够显著增大光子携带的信息容量，提高编码安全性，相位编码较好的克服了量子信息在光纤传输中的容易受到环境干扰的缺点,这在量子信息领域是非常重要的。

在量子密钥分发系统中，编码量子信息的载体有两种类型：单光子和纠缠光子对。纠缠光子对相对于单光子安全性更高，在量子密钥分发机制里，给定两个处于量子纠缠的粒子，假设通信双方各自接受到其中一个粒子，由于测量其中任意一个粒子会摧毁这对粒子的量子纠缠，任何窃听动作都会被通信双方侦测发觉。但目前的其它量子密钥分发方案并不能分离任意OAM，从而输入到所述Bob用户端的任意用户中,本实用新型改进和设计了可扩展多用户OAM高维编码量子密钥分发系统。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种M-Z型OAM纠缠调制密钥分发系统,提高了量子密钥分发系统的安全性，利用M-Z干涉仪可以分离任意OAM，扩展了量子编码的容量，获得了高效编码的量子密钥分发系统。

本实用新型的技术方案是这样实现的：一种M-Z型OAM纠缠调制密钥分发系统，包括Alice控制端、复用模块和Bob用户端；所述Alice控制端包括OAM-OAM纠缠产生单元、OAM调制单元、符合测量单元；所述复用模块包括第一复用模块和第二复用模块，所述纠缠产生单元分别与所述第一复用模块和第二复用模块连接；所述第一复用模块、OAM 调制单元和符合测量单元依次连接；所述第二复用模块、所述Bob用户端和符合测量单元依次连接；

所述OAM-OAM纠缠产生单元用于产生轨道角动量和轨道角动量混合纠缠量子态；

所述OAM调制单元用于对轨道角动量进行相位偏转调制和加载编码信息；

所述符合测量单元用于对信号光和闲置光进行符合测量解码量子比特信息；

所述第一复用模块和第二复用模块均用于分离任意OAM态；