[发明专利]一种基于B92协议的逆向调制自由空间QKD系统

说明书

本发明提供了一种基于B92协议的逆向调制自由空间QKD系统，包括询问端和逆向调制端：询问端包括信号产生模块和信号测量模块；逆向调制端包括依次连接的第二光学天线和信号调制模块；询问端的信号产生模块主要具有产生圆偏振经典脉冲光信号的功能；询问端的信号测量模块主要具有对量子信号的偏振态进行测量的功能；逆向调制端的信号调制模块主要对询问端产生的信号进行偏振态调制，输出B92协议要求的非正交的量子信号，并逆向反射回询问端的功能。本发明基于垂直偏振态叠加的原理，通过强度调制的方式实现了信号的偏振态调制。该系统具有结构简单、器件少、成本低，适用于对负载和成本有严格限制的移动通信平台，实现量子保密通信。

技术领域

本发明涉及量子密码与光通信领域，特别是涉及一种基于B92协议的逆向调制自由空间QKD系统。

背景技术

量子密钥分发(QKD)基于量子力学原理保证密钥分发的安全性。该技术最早由Bennett和Brassard于1984年在一场会议上提出。而会议上所提出的使用两对非正交基实现量子密钥分发的方法也被称为BB84协议。在1992年，Bennett 由提出了一种与BB84协议相似的B92协议。该协议通过使用任意两个非正交的偏振态实现量子密钥的分发。

根据密钥传输的不同信道，可以分为光纤QKD和自由空间QKD系统。光纤 QKD实现简单，能够实现地面通信站之间端到端的通信。但由于光纤的固有损耗，通信距离难以达到千公里级，很难实现广域的量子保密通信应用。自由空间QKD 的自由空间链路衰减远小于光纤，能够实现上千公里的通信。基于卫星-地面的量子密钥分发技术能够实现洲际的量子保密通信，并且自由空间QKD灵活的链路还适用于飞机、汽车等移动平台。这些是光纤QKD无法比拟的优势。

传统的自由空间QKD系统需要通信双方都配备复杂的通信设备和ATP(Acquisition、Tracking and Pointing)设备，终端体积大、能耗高、成本高。逆向调制自由空间QKD作为一种新型的自由空间QKD系统，具有非对称式的光通信系统结构。通信一方负责光信号的产生与量子信号的测量，被称为询问端，通信的另一方通过逆向调制技术负责信号的调制，被称为逆向调制端。询问端与传统的自由空间QKD系统的通信终端相似。而逆向调制端的设备简单，它不需要配备复杂庞大的ATP系统，也不需要高性能的量子态测量系统，大大降低了设备的成本、重量和能耗。逆向调制自由空间QKD技术大大降低了自由空间QKD系统的应用门槛，可广泛应用于微小卫星量子网络、无人机通信等场景。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种新型的基于B92协议的逆向调制量子密钥分发系统，该系统基于垂直偏振态叠加的原理，通过强度调制的方式实现对信号的偏振调制，解决了不被需要的信号噪声的泄露问题。通过高速的多量子阱强度调制器实现了高速的偏振调制。该系统结合了高速多量子阱强度调制器与逆向调制量子密钥分发技术，以极低的设备成本实现了较高调制速率自由空间量子密钥分发，为推动全球化的量子网络与用户端的移动加密通信应用发展做出了贡献。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于B92协议的逆向调制自由空间QKD系统，包括询问端、自由空间信道和逆向调制端；所述询问端和逆向调制端通过自由空间信道进行量子密钥分发；

所述询问端包括信号产生模块和信号测量模块；所述信号产生模块包括脉冲激光器、四分之一波片、第一分束器和第一光学天线；所述脉冲激光器、四分之一波片、第一分束器、第一光学天线依次连接，所述第一分束器与所述信号测量模块连接；

所述逆向调制端包括相互连接的第二光学天线和信号调制模块；

所述第一光学天线与第二光学天线通过自由空间信道连接；

所述脉冲激光器产生一系列的垂直线偏振脉冲信号，经过四分之一波片变成右旋圆偏振信号，信号通过第一分束器分成两束信号，一束为透射信号，一束反射信号；透射信号作为询问信号经过第一光学天线，并通过自有空间信道传输到逆向调制端；