多参量调制的经典与量子通信同传系统和方法与流程

本发明涉及量子通信，具体地，涉及一种多参量调制的经典与量子通信同传系统和方法。

背景技术：

1、连续可变量子密钥分发利用光场的正交分量来分发密钥信息，允许发送方alice和接收方bob分享安全的密钥，其安全性由量子物理定律保证，在连续可变量子密钥分发协议中，高斯调制相干态协议运用的最为广泛，在实际实现方面，由于其编码和探测的特点，因此在共纤传输和抗背景光噪声方面具有好处。

2、专利文献cn114553417a(申请号：cn202210283943.4)公开了一种连续变量量子密钥分发系统中正则分量预校准方法及系统，包括如下步骤：步骤s1：发射端在正则分量上调制原始随机序列，接收端对带有调制后的原始随机序列的正则分量进行探测，得到探测随机序列；步骤s2：公开原始随机序列和探测随机序列，根据公开的原始随机序列和公开的探测随机序列得到互相关系数；步骤s3：根据互相关系数得到发射端和接收端之间的正则分量传输矩阵，并通过正则分量传输矩阵对实际通信时的初始密钥数据进行校准。

3、基于正则分量调制同传协议是一种进将经典通信与连续可变量子密钥分发融合的新方案，在该方案下，传统的连续可变量子密钥分发可以在进行高斯调制的基础上进行经典信号的叠加。目前，量子密钥分发融合经典通信协议研究刚刚起步。在已提出的基于正则分量调制同传协议中，量子高斯调制相干态信息与经典信息在相空间中叠加，然后通过其所在象限确定经典比特信息，并进一部提取高斯数据。然而该方案对于相位纠正的要求较高，需要达到10-3次方的相位偏差；需要对经典信息的功率进行限定，否则无法实现经典信息和量子信息的准确分离。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种多参量调制的经典与量子通信同传系统和方法。

2、根据本发明提供的多参量调制的经典与量子通信同传系统，包括：两个激光器、两个幅度调制器、相位调制器、光探测器、衰减器、发射天线、接收天线、90°混频器、平衡零差探测器和光纤；

3、所述激光器通过光纤连接幅度调制器；

4、所述幅度调制器与相位调制器连接；

5、所述光探测器和衰减器分别与相位调制器连接；

6、所述发射天线与衰减器连接；

7、所述激光器和接收天线均与90°混频器连接；

8、所述90°混频器与平衡零差探测器连接。

9、优选的，所述幅度调制器将激光器发射光脉冲信号作为输入，进行ppm调制。

10、优选的，调制好的光信号通过幅度调制器和相位调制器进行高斯调制，高斯调制后的光信号分别与光探测器、衰减器连接，其中光探测器检测已经高斯调制好的信号并进行反馈，衰减器将高斯调制后的光信号衰减为单光子级别的量子信号，通过发射天线将量子信号发射出去。

11、优选的，所述幅度调制器将光信号调为幅度服从瑞利分布，所述相位调制器将光信号调为相位服从均匀分布。

12、优选的，地面的接收天线将量子信号接收后，与激光器发射的本振光信号在90°混频器中进行干涉。

13、优选的，干涉后的光信号通过连接零差探测器进行零差探测，根据高斯信号到达时间编码经典信号，通过正交分量编码量子信号。

14、优选的，激光器发射光脉冲信号，通过幅度调制器进行4阶单脉冲位置调制，4阶单脉冲位置调制有四个时隙，四个时隙中有且只有一个脉冲，有脉冲的时隙为1，其余脉冲为0。

15、优选的，当传输经典比特信息为00时，4阶单脉冲位置调制为0001；当传输经典比特信息为01时，4阶单脉冲位置调制为0010；当传输经典比特信息为10时，4阶单脉冲位置调制为0100；当传输经典比特信息为11时，4阶单脉冲位置调制为1000。

16、优选的，通过衰减器衰减为单光子级别的量子信号，其中4阶单脉冲位置调制脉冲为0的部分为真空态，脉冲为1的部分为高斯调制相干态，从而在信道中叠加经典信息和量子信息。

17、根据本发明提供的多参量调制的经典与量子通信同传方法，包括：

18、步骤1：将激光器发射的光脉冲通过幅度调制器进行4阶单脉冲位置调制；

19、步骤2：调制好的光信号通过幅度调制器和相位调制器进行高斯调制，高斯调制后的光信号分别与光探测器、衰减器连接，其中光探测器检测已经高斯调制好的信号，并进行反馈，衰减器将高斯信号衰减为单光子级别的量子信号，最后通过发射天线将量子信号发射出去；

20、步骤3：地面的接收天线将量子信号接收后，与激光器发射的本振光信号在90°混频器中进行干涉，干涉后的光信号通过连接零差探测器进行零差探测，根据高斯信号到达时间编码经典信号，通过正交分量编码量子信号。

21、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

22、(1)本发明通过使用经典信息的脉冲位置和量子信息的高斯调制，将经典信息与高斯调制相干态进行叠加，通过脉冲到达时间来编码和提取经典信息，对提取的高斯数据进行进一步密钥提取，通过不同的参量进行编码，其信息很好区分，对于相位偏差的容忍度与传统cv-qkd一致；

23、(2)本发明只需要一组收发器即可传输量子信息和经典信息，同时4阶单脉冲位置调制具有较高光功率利用率的优势，在传输的过程中有良好的抗噪性能和高灵敏度的优点，可以应用于光纤信道和自由空间中。

技术特征：

1.一种多参量调制的经典与量子通信同传系统，其特征在于，包括：两个激光器、两个幅度调制器、相位调制器、光探测器、衰减器、发射天线、接收天线、90°混频器、平衡零差探测器和光纤；

2.根据权利要求1所述的多参量调制的经典与量子通信同传系统，其特征在于，所述幅度调制器将激光器发射光脉冲信号作为输入，进行ppm调制。

3.根据权利要求2所述的多参量调制的经典与量子通信同传系统，其特征在于，调制好的光信号通过幅度调制器和相位调制器进行高斯调制，高斯调制后的光信号分别与光探测器、衰减器连接，其中光探测器检测已经高斯调制好的信号并进行反馈，衰减器将高斯调制后的光信号衰减为单光子级别的量子信号，通过发射天线将量子信号发射出去。

4.根据权利要求1所述的多参量调制的经典与量子通信同传系统，其特征在于，所述幅度调制器将光信号调为幅度服从瑞利分布，所述相位调制器将光信号调为相位服从均匀分布。

5.根据权利要求3所述的多参量调制的经典与量子通信同传系统，其特征在于，地面的接收天线将量子信号接收后，与激光器发射的本振光信号在90°混频器中进行干涉。

6.根据权利要求5所述的多参量调制的经典与量子通信同传系统，其特征在于，干涉后的光信号通过连接零差探测器进行零差探测，根据高斯信号到达时间编码经典信号，通过正交分量编码量子信号。

7.根据权利要求1所述的多参量调制的经典与量子通信同传系统，其特征在于，激光器发射光脉冲信号，通过幅度调制器进行4阶单脉冲位置调制，4阶单脉冲位置调制有四个时隙，四个时隙中有且只有一个脉冲，有脉冲的时隙为1，其余脉冲为0。

8.根据权利要求7所述的多参量调制的经典与量子通信同传系统，其特征在于，当传输经典比特信息为00时，4阶单脉冲位置调制为0001；当传输经典比特信息为01时，4阶单脉冲位置调制为0010；当传输经典比特信息为10时，4阶单脉冲位置调制为0100；当传输经典比特信息为11时，4阶单脉冲位置调制为1000。

9.根据权利要求7所述的多参量调制的经典与量子通信同传系统，其特征在于，通过衰减器衰减为单光子级别的量子信号，其中4阶单脉冲位置调制脉冲为0的部分为真空态，脉冲为1的部分为高斯调制相干态，从而在信道中叠加经典信息和量子信息。

10.一种多参量调制的经典与量子通信同传方法，其特征在于，采用权利要求1-9中任一项所述的多参量调制的经典与量子通信同传系统，包括：

技术总结
本发明提供了一种多参量调制的经典与量子通信同传系统和方法，包括：两个激光器、两个幅度调制器、相位调制器、光探测器、衰减器、发射天线、接收天线、90°混频器、平衡零差探测器和光纤；所述激光器通过光纤连接幅度调制器；所述幅度调制器与相位调制器连接；所述光探测器和衰减器分别与相位调制器连接；所述发射天线与衰减器连接；所述激光器和接收天线均与90°混频器连接；所述90°混频器与平衡零差探测器连接。本发明只需要一组收发器即可传输量子信息和经典信息，同时4阶单脉冲位置调制具有较高光功率利用率的优势，在传输的过程中有良好的抗噪性能和高灵敏度的优点，可以应用于光纤信道和自由空间中。

技术研发人员：王涛,谭飘
受保护的技术使用者：上海循态量子科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15