一种实时跟踪补偿的OAM纠缠调制密钥分发网络系统和方法技术方案

本发明专利技术提供一种实时跟踪补偿的OAM纠缠调制密钥分发网络系统，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。本发明专利技术提高了量子密钥分发系统的安全性，引入自适应光学系统，减小了大气湍流带来的相位畸变，保证了OAM光干涉时模式的一致性，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，工程应用型广泛，且结构简单，可扩展性强。

A real-time tracking and compensating system and method of OAM key distribution network

【技术实现步骤摘要】
一种实时跟踪补偿的OAM纠缠调制密钥分发网络系统和方法
本专利技术涉及自由空间通信与量子通信网络领域，具体涉及一种实时跟踪补偿的OAM纠缠调制密钥分发网络系统和方法。
技术介绍
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(QuantumKeyDistribution，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(SpinAngularMomentum，SAM)和轨道角动量(OrbitalAngularMomentum，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；1992年，Leidon大学的Allen等人在理论上预言了光子本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种实时跟踪补偿的OAM纠缠调制密钥分发网络系统，其特征在于：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OAM-OAM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；/n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；/n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；/n所述符合测量单元用于对...

【技术特征摘要】
1.一种实时跟踪补偿的OAM纠缠调制密钥分发网络系统，其特征在于：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OAM-OAM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用于分离任意OAM态；
所述OAM-OAM纠缠产生单元产生OAM-OAM纠缠态的信号光路与闲置光路；所述信号光路经全透镜反射后进入第一复用模块进行偏振分离，然后进入OAM调制单元进行相位偏转调制和加载编码信息后，发送到符合测量单元进行测量；
所述闲置光路经全透镜反射后进入第二复用模块进行偏振分离，然后经所述Bob用户端调制和加载编码信息后，发送到符合测量单元进行测量；
所述符合测量单元对单位时间内到达的相同波长的信号光子和闲置光子进行符合测量，根据符合测量结果恢复出编码的密钥并建立随机密码的序列作为原始密码，经过密钥筛选和隐私放大获得安全密钥，从而完成多用户密钥分配与共享。


2.根据权利要求1所述的一种实时跟踪补偿的OAM纠缠调制密钥分发网络系统，其特征在于：所述轨道角动量混合纠缠单元包括泵浦光源LD、透镜、BBO晶体、第一全反射镜和第二全反射镜，所述BBO晶体依次与透镜和泵浦光源LD连接，用于产生信号光子和闲置光子轨道角动量纠缠光子对，表示为：



其中S和I分别表示信号光子和闲置光子，m表示OAM拓扑荷。


3.根据权利要求2所述的一种实时跟踪补偿的OAM纠缠调制密钥分发网络系统，其特征在于：所述第一复用模块包括第一M-Z干涉仪，所述第一M-Z干涉仪包括第一至第四1/4波片、第一和第二半波片、第一至第三偏振分束器、第一和第二达夫棱镜、第三和第四全反射镜；所述第二复用模块包括第一M-Z干涉仪，所述第一M-Z干涉仪包括第五至第八1/4波片、第三和第四半波片、第四至第六偏振分束器、第三和第四达夫棱镜，第五和第六全反射镜；从BBO晶体出来的信号光和闲置光分别通过第一全反射镜和第二全反射镜反射后进入第一复用模块和第二复用模块，入射光子均为水平偏振的“螺旋”光子，分别通过第一M-Z干涉仪和第二M-Z干涉仪来实现两个任意轨道角动量态|m1>和|m2>的分离。


4.根据权利要求3所述的一种实时跟踪补偿的OAM纠缠调制密钥分发网络系统，其特征在于：OAM调制单元包括分第一束器、第一电荷耦合元件、第一延迟器、偏振分束器、第一波前校正器、第一空间光调制器、第一单模光纤、第二分束器、第二电荷耦合元件、第二延迟器、第二波前校正器、第二空间光调制器、第二单模光纤和第七全反射镜。


5.根据权利要求4所述的一种实时跟踪补偿的OAM纠缠调制密钥分发网络系统，其特征在于：所述Bob用户端包括Bobm1和Bobm2用户，Bobm1和Bobm2用户均...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭邦红，曾炎颖，胡敏，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：广东;44