The invention generally relates to methods and systems for hybrid classical quantum communication. The method includes transmitting a single photon with a specific quantum state on the communication medium using a quantum mode set, and transmitting a classical beam on the same communication medium using a classical mode set, wherein the common of the classical and quantum mode sets includes the inseparable mode. The inseparable modes can have two degrees of freedom of a single photon or a classical light in common, and therefore can be spatial modes and polarization in one or more indexes. The invention also relates to a system for realizing the method correspondingly.
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于混合经典量子通信的方法和系统
本专利技术涉及用于混合经典量子通信或数据交换的方法和系统。
技术介绍
信息传送是数字时代的关键挑战之一。本质上，它可以被简化为以下问题：我们在远程方之间传送和处理信息有多快和多安全？特别地，挑战是发送大量编码信息，同时防止来自窃听者的攻击。一方面，时间编码(在时域中在0和1之间切换)允许高速传输(在吉比特(gigabits)范围中)。通过复用，可以进一步增加通信链路的容量；即在同一链路上发送多个数据流。可以复用的独立信道越多，链路的容量就越高。采用光的空间模式已经显示出通过空间多路复用在经典通信系统的数据传送方面的相当大的改进，“经典”在这里意味着相同光的许多光子。原则上，空间自由度(DoF)拥有无限数量的信道，其可以承载独立的数据流，使得光的空间模式成为实现高速长距离通信的极好候选。尽管注意力集合中在轨道角动量(OAM)上，但是应当理解，对为空间复用的目的而选择的模式类型没有限制。在此上下文中，模式指的是电场的空间分布，光是电磁波，以及可包括在波中具有某种功能的振幅、相位和偏振。<...
【技术保护点】
1.一种用于混合经典量子通信的方法，所述方法包括：/n使用量子模式集合在通信介质上发送具有特定量子态的单光子；以及/n使用经典模式集合在相同的通信介质上发送经典光束，/n其中所述经典模式集合和量子模式集合共同的包括不可分离的模式。/n
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170123 ZA 2017/005071.一种用于混合经典量子通信的方法，所述方法包括：
使用量子模式集合在通信介质上发送具有特定量子态的单光子；以及
使用经典模式集合在相同的通信介质上发送经典光束，
其中所述经典模式集合和量子模式集合共同的包括不可分离的模式。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述经典模式集合包括用于经典通信的不可分离的模式，以及其中所述量子模式集合包括用于量子通信的不可分离的模式。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中所述不可分离的模式共同的是单光子的量子态和经典光的两个自由度。
4.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中选择所述不可分离的模式，以使得所得到的将用于经典通信和量子通信的经典模式和量子模式是所述通信介质的自然模式。
5.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述经典模式集合具有两个自由度，与所述量子模式集合共同的至少第一自由度，以及第二自由度。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述经典模式集合的所述第二自由度对于与所述通信介质相关联的扰动是不变的。
7.如权利要求5所述的方法，其中所述经典模式集合具有与所述量子模式集合共同的第一自由度和第二自由度两者。
8.如权利要求5所述的方法，其中所述量子模式集合是从一组模式中选择的，所述一组模式来自于由所述经典模式集合的所述第一自由度和第二自由度跨越的希尔伯特空间。
9.如权利要求5所述的方法，其中所述经典模式集合的所述第一自由度和第二自由度是从包括一个或多个索引中的空间模式和偏振的组中选择的。
10.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述方法包括衰减所发送的经典光束的光源，以在发送所述经典光束之前经由所述量子模式集合发送所述单光子，其中所述经典光束包括经典数据位。
11.如权利要求1-9中任一项所述的方法，其中所述方法包括在以预定方式经由所述量子模式集合发送经典数据位之前、期间和/或之后发送具有特定量子态的多个光子。
12.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述方法包括在通信介质上发送指示所述单光子的所述量子态的量子位以用于量子密钥分发(QKD)。
13.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述方法包括通过确定与通信介质相关联的信道数据以使用所述经典光束来表征所述通信介质，以及其中所述方法包括使用确定的所述信道数据以校正所述通信介质上的量子通信中的错误。
14.如权利要求3所述的方法，其中所述方法包括使用一组共同的光学器件发送所述经典模式和量子模式两者，所述光学器件能够根据需要生成对于两个自由度共同的不可分离的模式以及与一个自由度相关联的可分离的模式。
15.如权利要求1所述的方法，其中所述经典模式集合包括用于经典通信的不可分离的和/或可分离的模式，以及其中所述量子模式集合包括用于量子通信的不可分离的和/或可分离的模式。
16.如权利要求115所述的方法，其中所述方法包括使用能够将不可分离的模式和可分离的模式彼此区分的一组共同的检测光学器件检测所述经典模式和量子模式两者。
17.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述方法包括控制接收器结构以预定方式检测所发送的光子。
18.如权利要求17所述的方法，其中所述方法包括将入射的经典光束或单光子引导到标量处理路径和矢量处理路径，其中在所述标量处理路径中，所述方法包括：
将入射的所述经典光束或单光子的线性偏振转换为圆偏振；
基于几何相位，使用适当的偏振光栅将所述圆偏振的经典光束或单光子分为两个标量路径；以及
使用一个或多个适当的模式分类器对来自于所述偏振光栅的输出的标量模式进行分类，以检测标量模式；
以及其中在所述矢量处理路径中，所述方法包括：
使用波片、偏振分束器和基于几何相位的适当的偏振光栅中的一个或其组合，基于所述经典光束或单...
【专利技术属性】
技术研发人员：安德鲁·福布斯，宾汶努·恩达加诺，艾萨克·纳普，米切尔·考克斯，卡梅洛·罗萨莱斯古兹曼，
申请(专利权)人：约翰内斯堡金山大学，
类型：发明
国别省市：南非;ZA
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