另一端通过单模光纤与所述公共 信道连接，所述符合计数器25与所述第二计算机21连接；
[0020] 所述激光器10作为泵浦光源，用于泵浦产生355nm的高斯光；所述聚焦透镜11用 于聚焦激光光束；所述BB0晶体12用于参量下转换产生710nm的信号光子和闲置光子，产 生的光子对纠缠于轨道角动量自由度；所述分束器13用于将参量下转换产生信号光子和 闲置光子分两路输出；所述第一空间光调制器14用于调制入射的信号光子，调制轨道角动 量态的量子信号，进行量子比特的编码；所述第一计算机15用于实时调制第一空间光调制 器上的入射信号光子的轨道角动量态，并用于进行编码基和测量基的比对；所述第一滤波 片16用于滤掉信号光子中残留的355nm光子，并将所述信号光子通过单模光纤传送到所述 第二单光子探测器24 ;所述分束器13将所述闲置光子通过自由空间传动到所述第二空间 光调制器20 ;
[0021] 所述第二空间光调制器20用于调制闲置光子轨道角动量态，进行闲置光子轨道 角动量态的测量；所述第二计算机21用于实时调制第二空间光调制器上入射闲置光子的 轨道角动量态，并用于进行编码基和测量基的比对；所述第二滤波片22用于滤掉闲置光子 中残留的355nm光子，并将所述闲置光子通过单模光纤传送到所述第一单光子探测器23 ; 所述第一单光子探测器23用于探测单模光纤传送的调制闲置光子，并记录单位时间内到 达的闲置光子数目；所述第二单光子探测器24用于探测单模光纤传送的调制信号光子，并 记录单位时间内到达的信号光子数目；所述符合计数器25用于接收第一单光子探测器23 和第二单光子探测器24所传送的探测信号并产生符合测量计数，并将计数结果传送给第 二计算机21。
[0022] 所述BB0晶体12的化学式为0 -BaB204,满足I类相位匹配条件。
[0023] 所述第一空间光调制器14和所述第二空间光调制器20为纯相位液晶反射型。
[0024] 所述第一单光子探测器23和所述第二单光子探测器24为盖革模式的Si-APD，工 作在可见光波段。
[0025] 本实用新型还提供了一种基于轨道角动量编码的量子密钥分发方法，其基本原理 为：在发射端通过空间光调制器实现轨道角动量的调制，输出稳定的量子编码；在接收端 利用空间光调制器-符合计数测量装置可以稳定快速的测量接收到的量子信息并最终通 过公共信道上编码基和测量基的比对解码量子比特信息。
[0026] -种基于轨道角动量编码的量子密钥分发方法，包括轨道角动量的比特编码方法 和量子比特解调方法；
[0027] 所述轨道角动量的比特编码方法包括以下步骤：
[0028] ①轨道角动量纠缠态的制备：激光器10发射出355nm的激光经聚焦透镜11聚焦 后正入射到BB0晶体12中，在入射激光的激励下，所述BB0晶体12通过自发参量下转换过 程将产生710nm的信号光子和闲置光子，产生的光子对纠缠于轨道角动量自由度，此时信 号光子和闲置光子轨道角动量纠缠态可表示为l+/L1^乂，其中a和b分别表示 信号光子和闲置光子，1表示轨道角动量的特征量子数；分束器13将信号光子和闲置光子 分两路输出，信号光子入射到第一空间光调制器14,闲置光子通过自由空间传送到第二空 间光调制器20 ;
[0029] ②信号光子轨道角动量态调制：第一计算机15实时控制所述第一空间光调制器 14,调制入射信号光子的轨道角动量态，对信号光子进行编码；
[0030] 所述编码具体为：通过随机调制四种不同的轨 道角动量态，加载量子比特编码，这四个量子态分别为
【主权项】
1. 一种基于轨道角动量编码的量子密钥分发系统，其特征在于：包括密钥发送端和密 钥接收端； 所述密钥发送端包括，依次连结的激光器、聚焦透镜、BBO晶体、分束器、第一空间光调 制器和第一滤波片，还包括第一计算机，所述第一计算机的一端与所述第一空间光调制器 连接且另一端通过单模光纤与公共信道连接； 所述密钥接收端包括，依次连接的第二空间光调制器、第二滤波片、第一单光子探测器 和符合计数器，所述第二空间光调制器与所述分束器连接，还包括连接于所述第一滤波片 与所述符合计数器之间的第二单光子探测器，还包括第二计算机，所述第二计算机的一端 与所述第二空间光调制器连接且另一端通过单模光纤与所述公共信道连接，所述符合计数 器与所述第二计算机连接； 所述激光器作为泵浦光源，用于泵浦产生高斯光；所述聚焦透镜用于聚焦激光光束； 所述BBO晶体用于参量下转换产生信号光子和闲置光子，产生的光子对纠缠于轨道角动量 自由度；所述分束器用于将参量下转换产生信号光子和闲置光子分两路输出；所述第一空 间光调制器用于调制入射的信号光子，进行量子比特的编码；所述第一计算机用于实时调 制第一空间光调制器上的入射信号光子的轨道角动量态，并用于进行编码基和测量基的比 对；所述第一滤波片用于滤掉信号光子中未转换的残留光子；所述信号光子通过单模光纤 传送到所述第二单光子探测器；所述分束器将所述闲置光子通过自由空间传送到所述第二 空间光调制器； 所述第二空间光调制器用于调制闲置光子轨道角动量态，进行闲置光子轨道角动量态 的测量；所述第二计算机用于实时调制第二空间光调制器上入射闲置光子的轨道角动量 态，并用于进行编码基和测量基的比对；所述第二滤波片用于滤掉闲置光子中未转换的残 留光子；所述闲置光子通过单模光纤传送到所述第一单光子探测器；所述第一单光子探测 器用于探测单模光纤传送的调制闲置光子，并记录单位时间内到达的闲置光子数目；所述 第二单光子探测器用于探测单模光纤传送的调制信号光子，并记录单位时间内到达的信号 光子数目；所述符合计数器用于接收第一单光子探测器和第二单光子探测器所传送的探测 信号并产生符合测量计数，并将计数结果传送给第二计算机。
2. 根据权利要求1所述的一种基于轨道角动量编码的量子密钥分发系统，其特征在 于：所述BBO晶体的化学式为β -BaB204,满足I类相位匹配条件。
3. 根据权利要求1所述的一种基于轨道角动量编码的量子密钥分发系统，其特征在 于：所述第一空间光调制器和所述第二空间光调制器为纯相位液晶反射型。
4. 根据权利要求1所述的一种基于轨道角动量编码的量子密钥分发系统，其特征在 于：所述第一单光子探测器和所述第二单光子探测器为盖革模式的Si-APD，工作在可见光 波段。
5. 根据权利要求1-4任一项所述的一种基于轨道角动量编码的量子密钥分发系统，其 特征在于：激光器所产生高斯光的波长为355nm，BBO晶体转换产生信号光子和闲置光子的 波长为710nm。
【专利摘要】本实用新型提供了一种基于轨道角动量编码的量子密钥分发系统。在量子密钥编码发射端通过采用轨道角动量纠缠态作为信息编码的载体，并通过空间光调制器实现轨道角动量的动态调制，输出稳定的量子编码；在接收端利用空间光调制器和符合计数测量装置可以稳定快速的测量接收到的量子信息并最终通过公共信道上编码基和测量基的比对，准确解码出量子比特编码信息。本实用新型提出的量子密钥的调制与解调过程功能高度集成，可以方便地进行信息的实时发送和接收，系统高效、稳定。
【IPC分类】H04L9-08
【公开号】CN204272150
【申请号】CN201420847745
【发明人】张程贤, 郭邦红, 郭建军, 范榕华, 张文杰
【申请人】华南师范大学
【公开日】2015年4月15日
【申请日】2014年12月26日