[發明專利]量子密鑰分發系統

在審

• 申請號: 202010830306.5
• 申請日: 2020-08-17
• 公開（公告）號: CN111970110A
• 公開（公告）日: 2020-11-20
• 發明（設計）人: 廖勝凱;蔡文奇;李楊;楊孟;印娟;任繼剛;彭承志;潘建偉
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08;H04B10/70
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周天宇

一種量子密鑰分發系統，包括發送端及接收端；發送端包括：量子光發送模塊，用于制備量子態信號；第一激光通信發送模塊，用于將待傳輸的原始同步信息編碼至第一激光信號中；第一波分復用器，用于將量子態信號與第一激光信號合束后發送至接收端；第一激光通信接收模塊，用于接收接收端發送的第二激光信號，根據第二激光信號實現對接收端的跟蹤瞄準；接收端包括：第二波分復用器，用于從合束后的信號中分離出量子態信號及第一激光信號；量子光接收模塊，用于接收并探測量子態信號；第二激光通信接收模塊，用于從第一激光信號中解碼出原始同步信息，以及根據第一激光信號實現隨發送端的跟蹤瞄準；第二激光通信發送模塊，用于發送第二激光信號。

技術領域

本公開涉及量子通信領域，特別是涉及一種量子密鑰分發系統。

背景技術

量子通信作為當今物理學的前沿領域之一，是量子信息學最先走向實用化的一個發展方向。量子通信的核心就是量子密鑰分發，它基于量子力學的基本物理原理，解決了密鑰的安全分發難題，再結合“一次一密”的理論，可以實現理論上無條件安全的保密通信。自從1984年首個量子密鑰分發協議被提出以來，量子密鑰分發在近幾十年里取得了長足的發展，并逐漸邁入了實用化的進程。在這個過程中，基于衛星中繼的星地量子密鑰分發，是實現全球化廣域量子通信網絡的有效解決方案，并獲得了廣泛的關注。

在星地量子密鑰分發時，需要在通信雙方之間建立可靠的量子鏈路，具體可以通過雙向的跟瞄系統來實現，基于雙向對打的信標光來實現雙方的跟瞄定位。在進行量子密鑰分發時，通信雙方需要基于經典信道進行密鑰提取等過程，具體可以通過激光通信來實現，基于雙向對打的激光來實現經典的數據通信。同時，為了實現通信雙方的高精度時間同步，一般也需要發送下行的同步光信號。

如圖1所示，現有技術中的星地量子密鑰分發系統中，一般需要采用激光通信上行、激光通信下行、信標光上行、信標光下行、同步光和量子光共六個不同的光波長，系統頻段資源非常緊張。并且，由于大氣窗口的限制，空間系統中可用的光波長頻段是有限的，共軸光學系統中各個分系統的工作波長不能相差太大，這極大地增加了系統的復雜度，光學設計的難度極大。此外，每個工作波長都需要單獨的發送和接收光電模組，這也增加了系統的體積、重量，降低了系統的集成度和可靠性。

發明內容

(一)要解決的技術問題

針對于上述技術問題，本公開提出一種量子量子密鑰分發系統，用于至少部分解決上述技術問題。

(二)技術方案

根據本公開第一方面，提供一種量子密鑰分發系統，包括發送端及接收端；發送端包括：量子光發送模塊，用于制備量子態信號；第一激光通信發送模塊，用于將待傳輸的原始同步信息編碼至第一激光信號中；第一波分復用器，用于將量子態信號與第一激光信號合束后發送至接收端；第一激光通信接收模塊，用于接收接收端發送的第二激光信號，根據第二激光信號實現對接收端的跟蹤瞄準；接收端包括：第二波分復用器，用于從合束后的信號中分離出量子態信號及第一激光信號；量子光接收模塊，用于接收并探測量子態信號；第二激光通信接收模塊，用于從第一激光信號中解碼出原始同步信息，以及根據第一激光信號實現隨發送端的跟蹤瞄準；第二激光通信發送模塊，用于發送第二激光信號。

可選地，第一激光通信發送模塊包括激光通信發送單元及同步光編碼單元；同步光編碼單元用于將原始同步信息進行編碼，得到第一同步信息；激光通信發送單元用于將第一同步信息編碼至第一激光信號中。

可選地，第一激光通信接收模塊包括第一激光通信接收單元及第一信標光接收單元，發送端還包括第一光分束器；第一光分束器用于將第二激光信號分束成兩束激光；第一激光通信接收單元用于根據其中一束激光實現對第二激光信號的探測；第一信標光接收單元用于根據其中另一束激光實現對接收端的跟蹤瞄準。