System Configuration

空间量子密钥分发演示实验系统

实验系统配置

激光器 DFB 激光器
调相器 工作波长 15-1550nm
波分复用器 隔离度大于 40dB,接头 FC/PC
单光子探测器 探测效率 10%
信号检测 电脑
同步光激光器 半导体激光器

系统原理

量子密钥分配系统主要包含:QKD发射端机,QKD接收DFB 激光器端机。收发双方各有一块单板机作为与用户接口的上位机。发射端机的主控模块对上位机传送过来的控制命令进行解析,生成相应的控制信号。控制模块首先触发激光器,发出光脉冲,根据随机数序列,对激光器的光强控制脚输出随机控制信号,实现诱骗态调制。发射端在每发出一个量子光脉冲的同时,也发出一个同步光脉冲,两个光子信号使用不同的波长,通过 CWDM 器件合束后输出。在接收端,量子光脉冲和同步光信号经过 CWDM 解复用之后,分别进入干涉环解码器和同步探测器。同步探测器将同步光脉冲转变为同步电脉冲信号,用作接收端进行比对的基准信号,并为接收端量子光标定序号。量子光信号经过干涉环的随机调制后,进入单光子探测器进行探测,探测的结果上传至上位机用作后续处理,包括对基、纠错、保密放大,最终生成安全的量子密钥。

研究现状

量子保密通信以量子密码为基础,而目前量子密码中最成熟且成果显著的是量子密钥分发技术。量子密钥分发目前有2种实现方式,离散变量量子密钥分发技术和连续变量量子密钥分发技术。离散变量量子密钥分发技术将信息编码在单个光子上,并用单光子探测器进行检测.该技术起源早且成熟度较高,安全传输距离相对而言较长,且多节点的量子网络也已经组建成功.但是在实用化过程中存在以下局限性:首先通过衰减相干光成微弱脉冲来代替理想的单光子源,存在单光子和多光子,而多光子就可能会被窃听者拿去而获得信息。其次,单光子探测器制造复杂且成本较高.再次,单光子信号容易受到其他光信号的影响,采用平衡零差检测器进行检测.系统只需要普通的相干激光器,平衡零差检测器,成本低、实用性强,且在同等条件下其输出的密钥率远高于基于离散变量的量子密钥分发技术,与传统光通信网络融合性高。针对这些问题,国内外学者展开了深入系统的研究,取得了良好的进展。

潜在应用

  • (1)在实验室环境下突破长距离安全通信关键技术的研究;

    (2)研究离散变量、连续变量和经典光通信之间的相互影响;

    (3)针对系统不完美相位补偿技术可能存在的漏洞,对系统的实际安全性进行研究分析;

    (4)安全监控防御系统在针对与本振光和波长相关的任意攻击情况下的防御性能的研究。


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