【技术实现步骤摘要】
-种自旋-轨道角动量混合调制量子密钥分发方法及系统
本专利技术涉及量子保密通信领域,特别涉及一种自旋-轨道角动量混合调制量子密 钥分发方法及系统。
技术介绍
量子密钥分发(Quantum Key Distribution, QKD)是一种被证明了的绝对安全的 密码通信方式,它以量子态作为量子信息的载体编码量子比特,在保密通信合法用户之间 建立起密钥共享,其安全性由量子力学原理保证。量子密钥分发系统中,编码量子信息的载 体可以分为单光子和纠缠光子对两种类型。由于纠缠光子对之间有较强的纠缠联系,基于 纠缠光子对的量子密钥分发系统具有更好的安全特性。 研究发现,光子可以携带自旋角动量(SAM)和轨道角动量(0ΑΜ)这两种角动量。自 旋角动量与光子的圆偏振态有关,左旋圆偏振态|L〉和右旋圆偏振态|R〉作为自旋算符的 本征态,分别携带有的自旋角动量,利用光子的自旋角动量只能实现一个量子位的编码 (对应一个二维希尔伯特空间);与自旋角动量不同的是,轨道角动量来源于光子的螺旋相 位,对应轨道角动量本征态|m〉,m为轨道角动量特征量子数,由于不同阶轨道角动量相互 正交,m在理论上允许取任意整数,利用光子的轨道角动量可以实现一个高维希尔伯特空间 的量子位编码,能够显著增大光子携带信息容量,提高编码安全性。 目前,一些利用光子轨道角动量作为信息载体的量子密钥分发系统已被提出,然 而,这些系统的共同点是利用相互无偏基方式进行编码,这种编码模式可以看作是BB84 协议的扩展,在这种通信协议下,通信双方通常还需要一条经典信道用来对比发送基和测 量 ...
【技术保护点】
一种自旋‑轨道角动量混合调制量子密钥分发系统,其特征在于:包括混合自旋‑轨道角动量产生单元、自旋角动量调制单元、轨道角动量调制单元和符合测量解码单元,所述混合自旋‑轨道角动量产生单元用于产生自旋角动量和轨道角动量混合纠缠量子态,所述自旋角动量调制单元用于对信号光子自旋角动量进行相位偏转调制,所述轨道角动量调制单元用于对闲置光子轨道角动量进行相位偏转调制及加载编码信息,所述符合测量解码单元用于对信号光子和闲置光子进行符合测量解码量子比特信息。
【技术特征摘要】
1. 一种自旋-轨道角动量混合调制量子密钥分发系统,其特征在于:包括混合自 旋-轨道角动量产生单元、自旋角动量调制单元、轨道角动量调制单元和符合测量解码单 元,所述混合自旋-轨道角动量产生单元用于产生自旋角动量和轨道角动量混合纠缠量子 态,所述自旋角动量调制单元用于对信号光子自旋角动量进行相位偏转调制,所述轨道角 动量调制单元用于对闲置光子轨道角动量进行相位偏转调制及加载编码信息,所述符合测 量解码单元用于对信号光子和闲置光子进行符合测量解码量子比特信息。2. 根据权利要求1所述的一种自旋-轨道角动量混合调制量子密钥分发系统,其特征 在于:所述混合自旋-轨道角动量产生单元包括泵浦光源、BBO晶体、单模光纤和q-plate 相位板,所述BBO晶体与所述泵浦光源连接,用于产生信号光子与闲置光子自旋纠缠光子 对,所述单模光纤用于隔离轨道角动量纠缠串扰,所述q-plate相位板用于实现光子自旋 角动量向轨道角动量自由度转化,产生的混合自旋-轨道角动量纠缠光子对的量子态可表 示为,其中π表示自旋角动量,1表示轨道角 动量。3. 根据权利要求2所述的一种自旋-轨道角动量混合调制量子密钥分发系统,其特征 在于:所述自旋角动量调制单元包括半波片、偏振分束器和单模光纤,所述半波片用于对信 号光子进行相位偏转调制,所述偏振分束器对信号光子用于进行偏振筛选,调制信号光子 量子态偏转为所述单模光纤用于对调制信号光子进行耦 合发送; 所述轨道角动量调制单元包括空间光调制器和单模光纤,所述空间光 调制器用于调制入射闲置光子轨道角动量态相位偏转,使其量子态偏转为*所述单模光纤用于对高斯模式闲置光子耦合发 送。4. 根据权利要求3所述的一种自旋-轨道角动量混合调制量子密钥分发系统,其特征 在于:所述轨道角动量调制单元还包括计算机,所述计算机通过其DVI接口与所述空间光 调制器连接,所述计算机调制所述空间光调制器相位全息图的输出。5. 根据权利要求3或4任一项所述的一种自旋-轨道角动量混合调制量子密钥分发系 统,其特征在于:所述符合测量解码单元包括第一单光子探测器、第二单光子探测器和符合 计数器,所述第一单光子探测器用于记录单位时间内到达的信号光子数并将其探测数据发 送至所述符合计数器,所述第二单光子探测器用于记录单位时间内到达的闲置光子数并将 其探测数据发送至所述符合计数器,所述符合计数器用于进行符合测量。6. -种自旋-轨道角动量混合调制量子密钥分发方法,其特征在于:包括混合自 旋-轨道角动量产生、自旋角动量调制、轨道角动量调制和符合测量解码; 所述混合自旋-轨道角动量产生包括以下步骤: ①自旋纠缠光子产生:将泵浦光源正入射到ΒΒΟ晶体中,在泵浦光的激励下,ΒΒΟ晶体 通过自发参量下转换产生自旋角动量自由度纠缠的信号光子和闲置光子; ② 轨道纠缠转化:q-plate相位板作用于闲置光子,将闲置光子的自旋角动量向轨道 角动量自由度转化; ③ 混合纠缠产生:利用单模光纤只允许基模高斯光通过的特性,过滤出轨道角动量为 零的光子,隔离信号光子和闲置光子之间可能存在的轨...
【专利技术属性】
技术研发人员:郭邦红,张程贤,程广明,郭建军,范榕华,
申请(专利权)人:华南师范大学,
类型:发明
国别省市:广东;44
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。