[发明专利]一种基于飞机中继的量子密钥分发系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于飞机中继的量子密钥分发系统，包括：卫星、飞机和地面端；其中，卫星，用于向飞机发送第一量子密钥，以便卫星与飞机共享所述第一量子密钥；飞机，用于存储卫星发送过来的第一量子密钥，将预存的地面端的第二量子密钥与第一量子密钥进行运算，获得第三量子密钥，并向地面端发送第三量子密钥；地面端包括多个地面站，其中，地面站用于接收飞机发送过来的第三量子密钥并对第三量子密钥进行解码，获得第一量子密钥。本发明还公开了一种基于飞机中继的量子密钥分发方法。

技术领域

本发明涉及量子通信领域，具体地涉及一种基于飞机中继的量子密钥分发系统及方法。

背景技术

量子通信作为当今物理学的前沿领域之一，是量子信息学最先走向实用化的一个发展方向。量子通信的核心就是量子密钥分发，它基于量子力学的基本物理原理，解决了密钥的安全分发难题，再结合“一次一密”的理论，可以实现理论上无条件安全的保密通信。自从1984年首个量子密钥分发协议被提出以来，量子密钥分发在近几十年里取得了长足的发展，并逐渐迈入了实用化的进程。自由空间的量子密钥分发由于吸收损耗以及大气湍流等原因传输距离限制在百公里级别。基于卫星中继的星地量子密钥分发，是实现全球化广域量子通信网络的有效解决方案，并获得了广泛的关注。

然而在星地量子密钥分发中，地面端链路受天气环境的影响很大，在阴雨天气下，激光无法穿透大气，通信信道被阻断，无法进行量子密钥分发，这极大地限制了量子通信可应用的场景，无法实现全天候的量子密钥分发。且地面接收站通常都在一个固定的位置，无法移动，这也极大的限制了量子密钥分发的灵活性。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种基于飞机中继的量子密钥分发系统及方法，以期部分地解决上述技术问题中的至少之一。

根据本发明的一个方面，提供了一种基于飞机中继的量子密钥分发系统，包括：卫星、飞机和地面端；其中，卫星，用于向飞机发送第一量子密钥，以便卫星与飞机共享第一量子密钥；飞机，用于存储卫星发送过来的第一量子密钥，将预存的地面端的第二量子密钥与第一量子密钥进行运算，获得第三量子密钥，并向地面端发送第三量子密钥；地面端包括多个地面站，其中，地面站用于接收飞机发送过来的第三量子密钥并对第三量子密钥进行解码，获得第一量子密钥。

根据本发的实施例，上述卫星包括：脉冲发生器，用于发出特定的脉冲信号，以便分别驱动激光器、强度调制器和偏振调制器；激光器，用于在脉冲发生器所产生周期性电脉冲的驱动下，发出周期性的窄光脉冲信号；强度调制器，用于在脉冲发生器产生的随机脉冲的作用下，对激光器输出的窄光脉冲信号进行调制，产生量子密钥分发所需的第一光信号；偏振编码装置，用于脉冲发生器产生的随机脉冲的作用下，对强度调制器输出的光信号进行调制，产生量子密钥分发所需的第二光信号；衰减器，用于对偏振编码装置输出的光信号进行能量的衰减并输出量子光信号；第一望远镜，用于接收衰减器所发出的量子光信号，并向外部自由空间信道输出。

根据本发的实施例，脉冲发生器通过射频电缆与激光器、强度调制器和偏振编码器相连；激光器通过光纤与强度调制器相连；强度调制器通过光纤与偏振编码器相连；偏振编码器通过光纤与衰减器相连；衰减器通过光纤与第一望远镜相连。

根据本发的实施例，上述飞机包括：第二望远镜，用于接收第一望远镜发出的通过自由空间信道传输来的量子光信号，并将量子光信号发送给偏振解码装置；偏振解码装置，用于接收第二望远镜发送来的量子光信号，并基于协议对接收到的量子光信号进行解码；单光子探测装置，用于对解码后的量子光信号分别进行探测计数；密钥数据后处理装置，用于对单光子探测装置输出的数据信息进行杂音清除和整理，提取出密钥数据，并对第一量子密钥和第二量子密钥进行异或运算获取第三量子密钥；密钥数据存储装置，用于预存地面端第二量子密钥并对提取出来的密钥数据进行存储。

根据本发的实施例，第一望远镜通过光纤与偏振解码装置相连；偏振解码装置通过光纤与单光子探测装置相连；单光子探测装置通过电缆与密钥数据处理装置相连；密钥数据后处理装置通过电缆与密钥数据存储装置相连。