一种基于压缩态的高斯调制连续变量量子密钥分发系统技术方案

本实用新型专利技术提供一种基于压缩态的高斯调制连续变量量子密钥分发系统，包括发送方和接收方；所述发送方和接收方通过量子信道连接进行信号光、本振光和同步光的传输，所述发送方和接收方通过经典信道连接进行经典光传输。本实用新型专利技术充分利用压缩态的特性，采用高斯调制，可使系统对窃听的检测更灵敏，同时可使通信双方之间的互信息达到通信双方的信道容量。同时采用了一种集成的调制器，提高了系统的抗干扰能力，进一步提高了高斯调制量子光信号产生的精度和稳定性。生的精度和稳定性。生的精度和稳定性。

A Gaussian modulated continuous variable quantum key distribution system based on squeezed state

【技术实现步骤摘要】
一种基于压缩态的高斯调制连续变量量子密钥分发系统


[0001]本技术涉及量子保密通信与光通信
，更具体地，涉及一种基于压缩态的高斯调制连续变量量子密钥分发系统。

技术介绍

[0002]以密码学和量子力学为基础、利用物理学方法实现的量子密码，由于其安全性与对窃听的可检测性，具有良好的安全性能和应用前景。量子密钥分发(Quantum Key Distribution,QKD)是量子密码学的一个重要分支，使用单光子、纠缠光子、相干态光场等作为载体来传输密钥信息。它可以使合法通信双方(发送端称之为Alice，接收端称之为Bob)共享一组信息理论上无条件安全的密钥。
[0003]相对于单光子而言，基于连续变量体系的量子通信的量子信号容易产生，其平均光子数可以很高，有较好的抵抗外界干扰的能力，并且用于探测它们的零差检测(Homodyne Detection)、外差检测(Heterodyne Detection)系统的响应频率可以很容易地达到GHz量级。因此，运用连续变量来进行量子通信的想法受到了越来越多人的关注。
[0004]连续变量量子密码利用高斯态(相干态和压缩态)作为信号载波，采用光场的正则振幅和正则相位作为信号载波的可观测物理量，通过振幅调制和相位调制把信号加载到量子载波上。其中相干态在信道损耗的影响下，正交分量的分布中心会落在原点附近，导致符号随机性增加，误码率大幅上升。在高斯调制方案中，相干态虽为最小不确定态，但其任一正交分量的涨落均为真空量子涨落，无法进一步降低，限制了其密钥率的提升。而压缩态的压缩效应随着压缩幅度的增加而迅速增加。被压缩的正交分量有着极低的量子涨落，使得整个系统获得较高的信息量。
[0005]如今，压缩态的制备技术已经获得了很大的提升。在高斯调制中，压缩态的某一正交分量的涨落由于压缩效应而被大幅降低，可以大大提升信噪比，使信道容量更接近香农极限。因此提出一种基于压缩态的高斯调制连续变量量子密钥分发系统非常有意义。现有技术中公开了一种极化码的串行抵消列表比特翻转译码方法的专利，该专利，通过将比特翻转的译码思想引入现有的CRC
‑
SCL译码器中，形成了SCLF译码器，进一步提升了极化码在有限码长情况下的BLER性能，该专利中的SCLF译码方法的BLER性能，总是超过具有同样列表数的CRC
‑
SCL译码器约0.15
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0.2分贝，在中等或较高信噪比(大于等于2.5分贝)的情况下，与CRC
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SCL译码器相比，该专利中的SCLF译码器在提升BLER性能的同时，不会引入额外的时间复杂度，并且SCLF译码器的比特翻转译码过程是基于CRC
‑
SCL译码器的，这意味这同样的译码硬件电路可以重复使用，SCLF译码器不会带来额外的硬件复杂度。然而，该专利对充分结合压缩态的特点与优势，同时利用集成度高、产生装置简单的高斯调制器鲜有报道。

技术实现思路

[0006]本技术提供一种基于压缩态的高斯调制连续变量量子密钥分发系统，该系统充分结合压缩态的特点与优势，同时利用集成度高、产生装置简单的高斯调制器。
[0007]为了达到上述技术效果，本技术的技术方案如下：
[0008]一种基于压缩态的高斯调制连续变量量子密钥分发系统，包括发送方和接收方；所述发送方和接收方通过量子信道连接进行信号光、本振光和同步光的传输，所述发送方和接收方通过经典信道连接进行经典光传输。
[0009]进一步地，所述发送方包括第一激光器、第二激光器、第三激光器、第一第一分束器、第一衰减器、第二衰减器、光功率计、双平行调制器、数模转换器、随机数产生器、波分复用器和发送方PC；
[0010]所述第一激光器、第二激光器、第三激光器、随机数产生器均与发送方PC相连；所述第一激光器通过第一光衰减器与第一分束器相连；所述第一分束器与光功率计、双平行调制器相连；所述双平行调制器与数模转换器相连、数模转换器还与随机产生器相连；所述双平行调制器通过第二光衰减器与波分复用器相连；所述第二激光器、第三激光器均与波分复用器相连。
[0011]进一步地，所述双平行调制器由一个MZM调制器和一个PM调制器集成；
[0012]所述随机数产生器控制数模转换器的两通道输出，并分别连接到双平行调制器的MZM调制器的射频电极上和PM的电极上。
[0013]进一步地，所述接收方包括波分解复用器、隔离器、第一PD检测模块、第二分束器，光混频器、带通滤波器、低通滤波器、乘法器、第二PD检测模块、第三PD检测模块和接收方PC；
[0014]所述波分解复用器与光混频器、第三PD检测模块和隔离器相连；所述隔离器与第二分束器相连；所述第二分束器与第一PD检测模块、光混频器相连；所述光混频器与第二PD检测模块相连；所述第二PD检测模块与带通滤波器相连；所述带通滤波器与低通滤波器相连；所述带通滤波器通过乘法器与载波恢复器与低通滤波器相连；所述接收方PC与低通滤波器、第三PD检测模块相连。
[0015]进一步地，所述发送方PC与接收方PC通过经典信道进行数据交换，完成后处理过程得到量子密钥序列。
[0016]进一步地，所述第一PD检测模块监控本振光光强，第二PD检测模块实现光信号转换为电信号，第三PD检测模块实现光信号转换为电信号。
[0017]优选地，所述第一PD检测模块、第二PD检测模块和第三PD检测模块，其参数是：工作波长范围400
‑
1700nm；尺寸：100x70x30mm；信号带宽1.5GHz。
[0018]优选地，所述第一、第二衰减器为数显可调光衰减器，其参数是：参数：可衰减波长范围1260～1650nm；衰减范围2.5～60dB；插入损耗<2.5dB。
[0019]优选地，所述波分复用器/波分解复用器，其参数是通道数为8信道；功率容量300mW。
[0020]优选地，所述光混频器，其参数是输入最大光功率300mW；信号光插损7.0dB；本振光插损7.0dB。
[0021]与现有技术相比，本技术技术方案的有益效果是：
[0022]本技术的技术方案充分利用压缩态的特性，采用高斯调制，可使系统对窃听的检测更灵敏，同时可使通信双方之间的互信息达到通信双方的信道容量。同时采用了一种集成的调制器，提高了系统的抗干扰能力，进一步提高了高斯调制量子光信号产生的精
度和稳定性。
附图说明
[0023]图1为本技术一种基于压缩态的高斯调制连续变量量子密钥分发系统的结构框图；
[0024]图2为本技术一种基于压缩态的高斯调制连续变量量子密钥分发系统的发送方结构图；
[0025]图3为本技术一种基于压缩态的高斯调制连续变量量子密钥分发系统的调制模块结构图；
[0026]图4为本技术一种基于压缩态的高斯调制连续变量量子密钥分发系统的接收方结构图。
具体实施方式
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于压缩态的高斯调制连续变量量子密钥分发系统，其特征在于，包括发送方和接收方；所述发送方和接收方通过量子信道连接进行信号光、本振光和同步光的传输，所述发送方和接收方通过经典信道连接进行经典光传输。2.根据权利要求1所述的基于压缩态的高斯调制连续变量量子密钥分发系统，其特征在于，所述发送方包括第一激光器、第二激光器、第三激光器、第一第一分束器、第一衰减器、第二衰减器、光功率计、双平行调制器、数模转换器、随机数产生器、波分复用器和发送方PC；所述第一激光器、第二激光器、第三激光器、随机数产生器均与发送方PC相连；所述第一激光器通过第一光衰减器与第一分束器相连；所述第一分束器与光功率计、双平行调制器相连；所述双平行调制器与数模转换器相连、数模转换器还与随机产生器相连；所述双平行调制器通过第二光衰减器与波分复用器相连；所述第二激光器、第三激光器均与波分复用器相连。3.根据权利要求2所述的基于压缩态的高斯调制连续变量量子密钥分发系统，其特征在于，所述双平行调制器由一个MZM调制器和一个PM调制器集成；所述随机数产生器控制数模转换器的两通道输出，并分别连接到双平行调制器的MZM调制器的射频电极上和PM的电极上。4.根据权利要求3所述的基于压缩态的高斯调制连续变量量子密钥分发系统，其特征在于，所述接收方包括波分解复用器、隔离器、第一PD检测模块、第二分束器，光混频器、带通滤波器、低通滤波器、乘法器、第二PD检测模块、第三PD检测模块和接收方PC；所述波分解复用器与光混频器、第三PD检测模块和隔离器相连；所述隔离器与第二分束器相连；所述第二分束器与第一PD检测模块、光混频器相连；所述光混频器与第二P...

【专利技术属性】
技术研发人员：张锐，胡敏，郭邦红，杨帆，范啸东，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：新型
国别省市：