[发明专利]一种高速本地本振连续变量量子密钥分发系统及方法

说明书

本发明涉及量子保密通信领域，本发明公开了一种高速本地本振连续变量量子密钥分发系统及方法，该系统包括Alice端和Bob端，Alice端与Bob端通过光纤信道连接，Alice端包括第一连续激光模块、光分束器、量子密钥调制模块、光衰减器、光移频模块和光合束器，Bob端包括第二连续激光模块、光耦合器、平衡探测模块、模数转换模块、数字信号处理模块和后处理模块。本发明能够灵活地实现量子信号光低噪声和经典参考光高饱和的相干探测，且系统简单、成本代价小，同时极大地提升CVQKD系统的重复频率和安全码率，进一步促进了高速CVQKD系统的实用化进程。

技术领域

本发明涉及量子保密通信技术领域，尤其涉及一种高速本地本振连续变量量子密钥分发系统及方法。

背景技术

量子计算的出现对以ECC/RSA为代表的现行主流公钥密码技术构成威胁，会对信息系统安全性造成毁灭性打击。依据量子力学基本原理的量子保密通信(主要指量子密钥分配——Quantum Key Distribution,QKD)技术从根本上解决国防、金融、政务、能源、商业等领域的信息安全问题，具有重大战略需求和实际应用价值，成为各发达国家战略竞争焦点。其中，连续变量量子密钥分发(Continuous Variable QKD,CVQKD)由于具有与相干光通信的高兼容性、低成本和高安全码率的优点，非常适用于短距离的城域网络，而成为当前国内外重点研究的方向之一，引起研究学者的广泛关注。当前CVQKD主要有随路本振CVQKD和本地本振CVQKD两种技术方案，由于随路本振CVQKD受到本振光强度瓶颈和安全漏洞的限制，因此本地本振CVQKD技术方案被提出以弥补随路本振CVQKD的不足，进而提高CVQKD系统的安全传输距离和密钥率。但是本地本振CVQKD系统不可避免的需要随路传输一路经典参考光信号来精确补偿两个不同激光器和信道扰动而引入的快速相位变化，为此需借助多种复用技术来实现量子信号光与经典参考光的共纤传输和保证量子信号光的低噪声和经典参考光的高饱和的相干探测。当前主要将时分复用技术、偏振复用技术和频分复用技术相结合用于共纤传输量子信号光和经典参考光。上海交通大学结合时分与偏振复用技术成功实现了量子信号光与经典参考光的共纤传输，在时域和偏振维度上有效避免经典参考光对量子信号光的串扰问题，并灵活实现经典参考光与量子信号光的分离和相干探测(T.Wang,P.Huang,Y.M.Zhou,et al.“Pilot-multiplexed continuous-variable quantum keydistribution with a real local oscillator”,Physical Review A,2018,97(1):012310)。但随着CVQKD系统重复频率的提升，量子信号光和经典参考光在时域空间上很难被精确地分开，同时该方案还需要依赖于基选择模块来实现两个正则分量的随机测量。为提高CVQKD系统重复频率，德国汉堡联邦国防大学提出了利用高精细的频分复用技术来共纤传输量子信号光和经典参考光，并结合偏振复用技术来有效分离两路光信号以保证量子信号光的低噪声和经典参考光的高饱和的相干探测(F.Laudenbach,B.Schrenk,C.Pacher,et al.“Pilot-assisted intradyne reception for high-speed continuous-variablequantum key distribution with true local oscillator”,Quantum,2019,3,193.)。但是该方案需要依赖高消光比、复杂的偏振复用与解复用装置，以及两个不同探测条件的平衡探测器，造成系统结构复杂且昂贵。

发明内容