[发明专利]能够实现自适应相位补偿的自由空间量子密钥分发系统

说明书

本发明公开了一种能够实现自适应相位补偿的自由空间量子密钥分发系统，包括Alice方光信号发送装置，Alice方光信号发送装置通过模拟大气湍流信道传输装置与Bob光信号接收装置连接。本发明克服了现有基于OAM的自由空间量子密钥分发时存在的模式串扰误码较高的问题。

技术领域

本发明属于量子信息处理技术领域，涉及一种能够实现自适应相位补偿的自由空间量子密钥分发系统。

背景技术

目前自由空间量子密钥分发系统主要以光偏振态或轨道角动量(OAM， OrbitalAngular Momentum)为信息载体，进行量子信息的编码。其中基于 OAM的量子密钥分发系统通在对理论意义上无限维的模式进行编码调制，可实现高维量子通信，实现高速量子密钥分发，提升通信系统安全性，是未来新兴量子保密通信技术领域很有前景的技术方向。目前实验上实现基于 OAM编码的量子密钥分发系统主要利用涡旋光束的螺旋相位来携带OAM模式信息。涡旋光束虽然在易于产生，但是其在自由空间中容易受不同密度的空气涡流介质影响，对大气湍流较为敏感，其波前易发生相位畸变继而影响接收端对OAM模式的识别。因此，需要进行波前相位补偿以降低模式串扰概率来保证OAM的模式纯度。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够实现自适应相位补偿的自由空间量子密钥分发系统，该系统克服了现有基于OAM的自由空间量子密钥分发时存在的模式串扰误码较高的问题。

本发明所采用的技术方案是，能够实现自适应相位补偿的自由空间量子密钥分发系统，包括Alice方光信号发送装置，Alice方光信号发送装置通过模拟大气湍流信道传输装置与Bob光信号接收装置连接。

本发明的特点还在于：

Alice方光信号发送装置包括激光器，沿激光器的光路方向依次连接强度调制器I、强度调制器II、偏振分束器I、空间光调制器I及偏振分束器II，强度调制器I与空间光调制器I之间设有计算机I，计算机I还与强度调制器 II连接。

模拟大气湍流信道传输装置包括空间光调制器II，空间光调制器II连接有计算机II，空间光调制器II还分别与偏振分束器II及Bob光信号接收装置连接。

Bob光信号接收装置包括空间光调制器III，空间光调制器III沿光路方向依次连接有偏振分束器III、OAM分类器，OAM分类器分别连接两个单光子探测器；偏振分束器III还依次连接感光元件、计算机III及空间光调制器III，空间光调制器III还与空间光调制器II连接。

OAM分类器包括两个光学展开器和两个光学镜头。

本发明的有益效果是，本发明利用机器学习技术通过大气湍流与高斯探测光束的相位畸变结果数据集来预先训练CNN网络，并通过计算机可直接加载空间光调制器执行OAM相位补偿反馈的安全便捷的优点，可确保攻击者不能通过补偿模块窃听得到OAM状态下的编码信息，有效地保证了基于 OAM编码的量子密钥分发系统安全性。且本发明而不限于任何特定的QKD 协议，还可开展后续发明工作。

附图说明

图1是本发明能够实现自适应相位补偿的自由空间量子密钥分发系统的结构示意图。

图中，1.激光器，2.强度调制器I，3.计算机I，4.偏振分束器I，5.空间光调制器I，6.空间光调制器II，7.Alice方光信号发送装置，8.模拟大气湍流信道传输装置，9.空间光调制器III，10.感光元件，11.光学展开器，12. 光学镜头，13.OAM分类器，14.单光子探测器，15.Bob光信号接收装置， 16.强度调制器II，17.偏振分束器II，18.计算机II，19.计算机III，20.偏振分束器III。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。