基于相位编码的量子密钥分发系统中相位波动测试方法技术方案

本发明专利技术公开了基于相位编码的量子密钥分发系统中相位波动测试方法，目的是解决目前QKD系统无法获得相位实时波动的问题。技术方案是改进QKD系统，去掉衰减器，由函数信号发生器直接产生固定的电压信号，将单光子探测器替换为经典光探测器，增加示波器和低通滤波器。测试时先预设函数信号发生器的参数，然后对电压信号进行滤波，对函数信号发生器设置电压进行校准并获得光强补偿值。设置不同相位调制值，测量2个经典光探测器的光强，得到4*10

【技术实现步骤摘要】
基于相位编码的量子密钥分发系统中相位波动测试方法
本专利技术涉及量子保密通信技术，具体地说是通过测量量子密钥分发输出口光强来测量在相位编码的量子密钥分发(QuantumKeyDistribution,QKD)系统中由发送端相位调制器误差引起的相位波动的方法。
技术介绍
量子密钥分发是一种密钥的安全传输共享方法，共享的对称密钥可运用于信息理论安全的一次一密加密算法。众所周知，目前主流的加密算法大多依赖大数的因子分解，由于计算机的运算速度有限，这些加密算法很难被破解。当量子计算机问世之后，依靠其强大的运算能力，可以迅速计算出密钥，目前通行的绝大多数加密算法都将失效。目前抵御量子计算机对加密算法的威胁的方法是采用量子密钥分发的方法。与传统方式不同，量子密钥分发理论上是信息安全的，其安全性由量子力学的基本原理保证，不依赖任何数学假设。量子不可克隆定理说明，无法完美克隆任意量子态而不扰乱量子态本身。因此，任何对量子密钥分发过程的窃听，都有可能改变量子态本身，造成高误码率，从而使窃听被发现。在目前已经实现的量子密钥分发方法中，通信双方共享加载于量子本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于相位编码的量子密钥分发系统中相位波动测试方法，其特征在于包括以下步骤：/n第一步，改进基于相位编码的量子密钥分发系统：/n改进后的基于相位编码的量子密钥分发系统由Alice端和Bob端组成，两端通过1m长信道相连；Bob端由激光发生器、第一经典光探测器和第二经典光探测器、示波器、环形器、光分束器、函数信号发生器、低通滤波器、第一相位调制器、偏振旋转器、偏振分束器组成；Alice端由延迟传输信道、第二核心微控制器、第二相位调制器、法拉第镜组成；/n激光发生器与环形器的第一端口通过光纤相连，将产生的激光发送给环形器；环形器第二端口与光分束器的一个输入端口通过光纤相连，将从第一端口接收到...

【技术特征摘要】
1.一种基于相位编码的量子密钥分发系统中相位波动测试方法，其特征在于包括以下步骤：
第一步，改进基于相位编码的量子密钥分发系统：
改进后的基于相位编码的量子密钥分发系统由Alice端和Bob端组成，两端通过1m长信道相连；Bob端由激光发生器、第一经典光探测器和第二经典光探测器、示波器、环形器、光分束器、函数信号发生器、低通滤波器、第一相位调制器、偏振旋转器、偏振分束器组成；Alice端由延迟传输信道、第二核心微控制器、第二相位调制器、法拉第镜组成；
激光发生器与环形器的第一端口通过光纤相连，将产生的激光发送给环形器；环形器第二端口与光分束器的一个输入端口通过光纤相连，将从第一端口接收到的激光发送到光分束器，环形器第三端口连接第二经典光探测器，将从第二端口接收的激光发送给第三端口连通的第二经典光探测器；两经典光探测器通过电缆连接示波器，将光信号转化为电信号；示波器将从两个经典光探测器接收到的电信号显示在屏幕上；光分束器一个输入端口与环形器的第二端口相连，另一输入端口连接第一经典光探测器，光分束器输出的两端口分别连接路径长短不同的两个传输信道，其中长路径传输信道上装有第一相位调制器和偏振旋转器，两条传输信道通过光纤连接到偏振分束器的两个输入端口；函数信号发生器与低通滤波器相连，函数信号发生器产生电压信号并将电压信号发送给低通滤波器；低通滤波器与函数信号发生器、第一相位调制器相连，低通滤波器滤去从函数信号发生器接收的电压信号中的高频噪声，产生更稳定的电压信号，将更稳定的电压信号作为控制信号发送给Bob端的第一相位调制器；第一相位调制器与光分束器、低通滤波器、偏振旋转器相连，第一相位调制器接收来自低通滤波器的电压信号，对从来自偏振旋转器的光信号相位进行调制；偏振旋转器通过光纤与偏振分束器和第一相位调制器相连，接收来自偏振分束器的光信号并补偿其偏振状态；偏振分束器通过光纤与偏振旋转器、光分束器、Alice端的延迟传输信道相连，偏振分束器的两个输入端口分别从偏振旋转器、光分束器接收激光，将光信号中不同偏振方向的光输出到不同的输出端口，通过输出端口和1m长信道传输给Alice端的延迟传输信道；延迟传输信道与1m长信道、第二相位调制器相连，将从1m长信道接收到的光传递给第二相位调制器；第二相位调制器通过光纤与法拉第镜与延迟传输信道相连，通过电缆与第二核心微控制器相连，识别从法拉第镜反射回的光子的偏振状态，从而判断来自法拉第镜的光信号是否来自长路径传输信道；第二相位调制器在第二核心微控制器的控制下对法拉第镜反射回的长路径传输信道的光脉冲调制相位θA；法拉第镜通过光纤与第二相位调制器相连，将从第二相位调制器接收到的光子反射回第二相位调制器，并改变光子的偏振状态；
第二步，采用改进后的基于相位编码的量子密钥分发系统进行基于相位编码的量子密钥分发系统中相位波动的测试，方法是：
2.1预设函数信号发生器产生电信号的频率，方法是：将函数信号发生器产生电信号的频率设置为小于激光发射器的频率；
2.2低通滤波器对从函数信号发生器接收的电压信号进行滤波，过滤掉噪声，并将滤波后稳定的电压信号加载至Bob端的第一相位调制器；
2.3对函数信号发生器设置电压进行校准，方法是：
2.3.1.在第二核心微控制器上设置Alice端第二相位调制器调制的相位值θA＝0，同时设置Bob端的函数信号发生器电压值为0，使得第一相位调制器调制相位值θB＝0；两经典光探测器将光信号转换为电信号并传输给示波器，示波器同时显示两束光电信号能量；通过示波器观察第一经典光探测器处最弱的电信号，将此电信号能量记为D1min，通过示波器观察第二经典光探测器处最大电信号，将此电信号能量记为D2max；
2.3.2.保持θA不变，缓慢增大函数信号发生器输出的电压信号从而改变θB，使得第一经典光探测器处达到最大电信号，将此电信号能量记为D1max，此时第二经典光探测器处有最小电信号能量，记为D2min；记录下R＝D1max/D2max，R为光强补偿值；
2.3.3.降低函数信号发生器输出的电压信号，改变θB，使得在第一经典光探测器和第二经典光探测器处测得电信号能量分别为(D1max-D1min)/2和(D2max-D2min)/2，记录该时刻函数信号发生的电压信号Uπ/2，此时第一相位调制器的相位调制值为θB＝π/2；
2.4设置不同相位调制值，测量第一经典光探测器和第二经典光探测器的光强，方法是：
2.4.1在第二核心微控制器上设置θA的值，使得θA＝π/2，同时将θB设置为0即不加载电压至第一相位调制器，开启激光发生器使其开始发射光脉冲，第一经典光探测器和第二经典光探测器分别探测干涉光强，记录第一经典光探测器电信号能量D1θA1，记录第二经典光探测器测得的电信号能量D2θA1；设置激光发生器发出105个脉冲后停止并等待第一经典光探测器和第二经典光探测器对105个脉冲全部响应完毕，从第一经典光探测器，第二经典光探测器获得105组电信号能量，存储于第一数组A1中，A1中有105个元素，105个元素是...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄安琪，许容嘉，吴俊杰，袁夏龙，罗懿文，孙源辰，郭瀚泽，徐平，强晓刚，丁江放，邓明堂，付祥，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43