1.本发明涉及量子通信技术领域，尤其涉及一种光量子密钥分发系统。
背景技术：2.随着社会的不断发展和进步，人们对信息加密的需求也不断升高。经典密码学中的加密方案大多建立在计算复杂度基础上，但这些复杂的计算在量子计算机诞生后将较容易被实现。随着量子力学研究的进一步深入，基于量子密钥分发(quantum key distribution，qkd)的量子保密通信在信息加密领域应用十分广泛，qkd能够满足“产生真随机密钥”和“安全分发密钥”的两个条件而保证量子保密通信的无条件安全性。因此量子密钥分发已经成为国内外的研究热点，且是目前量子技术领域中最成熟的一种技术。
3.目前常采用传统的光纤信道进行量子密钥分发，发射端通过随机产生一个比特(量子位，也称量子比特，quantum bit，简称qubit)，并随机选取一对正交态(基矢)从而制备出一个随机的量子态，然后再将这个单光子通过光纤通道传输给接收端，接收端通过随机选取一对基矢与发射端进行交互，从而完成密钥的分发。
4.目前针对在特殊环境常采用传统的光纤通道实现量子密钥分发，该密钥分发方式主要是通过光纤或网线将单光子传输到接收端，但该种密钥分发系统受到光纤资源有限，成本较大的限制，特别是进行跨江跨湖的密钥分发时，由于其光纤资源紧张，独立搭建光纤成本较大的情况下，会严重制约量子保密通信的发展。
5.针对无法使用光纤通道进行密钥分发的场景时，目前已有实验通过自由通道利用激光传输能力实现密钥成功分发，但在实际应用中该种密钥分发方式发出的光子在传输过程中，容易受到近地表大气湍流的影响，造成激光发生偏移和抖动，从而造成到达接收方的光子就会越少，而近地表环境所带来的噪声却在不断积累，最终导致误码率会越来越高。当误码率超过一定界限时，系统便不能再产生安全密钥。也即实际应用中由于地理环境复杂(如：宽江广湖、高山深谷)，光子在大气环境中传输过程中容易受到近地表大气湍流的影响，因此如何保证在几公里甚至几十公里范围内的量子密钥的成功分发，提高通信质量，成为了量子保密通信发展的关键性问题。
技术实现要素：6.本发明提供的一种光量子密钥分发系统，主要解决的技术问题是：由于存在大气湍流影响导致光量子密钥分发成功率低，通信质量差。
7.为解决上述技术问题，本发明提供一种光量子密钥分发系统，包括接收端，所述接收端包括调焦次镜、偏转镜、分光镜、单收型量子密钥分发设备和哈特曼波前传感器；所述调焦次镜用于接收携带有密钥信息的单光子光束；然后依次经过所述偏转镜与所述分光镜，通过所述偏转镜调整光束方向后利用所述分光镜将光束分为两路；一路进入所述单收型量子密钥分发设备，另一路进入所述哈特曼波前传感器；所述哈特曼波前传感器用于反馈光斑信息，以基于光斑信息对所述调焦次镜的焦距和所述偏转镜的位置进行调整，以校
正大气湍流的影响；所述单收型量子密钥分发设备用于随机选取一对基矢与发射端进行交互，完成光量子密钥分发。
8.进一步的，所述调焦次镜为大尺寸调焦次镜，其尺寸范围为φ150mm～φ500mm。
9.进一步的，所述单收型量子密钥分发设备通过舍弃与发射端之间不同基矢的比特，将剩下保留的比特还原成其共有的密钥，从而完成光量子密钥的分发。
10.进一步的，所述光量子密钥分发系统还包括发射端，所述发射端包括单发型量子密钥分发设备、透镜、反射镜和衰减片，所述单发型量子密钥分发设备用于基于待分发密钥信息生成并发射偏振光，依次经过透镜、反射镜和衰减镜使其变成单光子光束并发射。
11.进一步的，所述单发型量子密钥分发设备通过偏振编码或相位编码方式发射。
12.本发明的有益效果是：
13.根据本发明提供的一种光量子密钥分发系统，包括接收端，接收端包括调焦次镜、偏转镜、分光镜、单收型量子密钥分发设备和哈特曼波前传感器；调焦次镜用于接收携带有密钥信息的单光子光束；然后依次经过偏转镜与分光镜，通过偏转镜调整光束方向后利用分光镜将光束分为两路；一路进入单收型量子密钥分发设备，另一路进入哈特曼波前传感器；哈特曼波前传感器用于反馈光斑信息，以基于光斑信息对调焦次镜的焦距和偏转镜的位置进行调整，以校正大气湍流的影响；单收型量子密钥分发设备用于随机选取一对基矢与发射端进行交互，完成光量子密钥分发；可有效接收发射端的单光子，提高信号光量子密钥分发成功率，改善通信质量。
附图说明
14.图1为本发明实施例一的一种光量子密钥分发系统结构示意图。
具体实施方式
15.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
16.实施例一：
17.本实施例提供一种光量子密钥分发系统，通过在接收端利用哈特曼波前传感器实时反馈的光斑信息，控制偏转镜位置和调焦次镜焦距，来接收更多的光信号，提高信号光量子密钥分发成功率，改善通信质量。请参见图1，光量子密钥分发系统主要包括发射端和接收端，其中：
18.发射端包括单发型量子密钥分发设备、透镜、反射镜和衰减片，单发型量子密钥分发设备用于基于待分发密钥信息生成并发射偏振光，依次经过透镜、反射镜和衰减镜使其变成单光子光束并发射。单发型量子密钥分发设备可通过偏振编码或相位编码方式发射。
19.接收端包括调焦次镜、偏转镜、分光镜、单收型量子密钥分发设备和哈特曼波前传感器；所述调焦次镜用于接收携带有密钥信息的单光子光束；然后依次经过所述偏转镜与所述分光镜，通过所述偏转镜调整光束方向后利用所述分光镜将光束分为两路；一路进入所述单收型量子密钥分发设备，另一路进入所述哈特曼波前传感器；所述哈特曼波前传感器用于反馈光斑信息，以基于光斑信息对所述调焦次镜的焦距和所述偏转镜的位置进行调
整，以校正大气湍流的影响；所述单收型量子密钥分发设备用于随机选取一对基矢与发射端进行交互，完成光量子密钥分发。应当理解的是，单收型量子密钥分发设备通过舍弃与发射端之间不同基矢的比特，将剩下保留的比特还原成其共有的密钥，从而完成光量子密钥的分发。
20.在本发明的其他实施例中，调焦次镜为大尺寸调焦次镜，其尺寸范围为φ150mm～φ500mm。通过在接收端设计更大尺寸的调焦次镜，有利于接收更多的光信号，从而有利于提高光量子密钥分发成功率。
21.本发明实施例提出了一种光量子密钥分发系统，通过在接收端设计更大尺寸的调焦次镜，以及基于哈特曼波前探测器能够校正大气湍流的影响的能力，以基于哈特曼波前探测器实时反馈的光斑信息，对调焦次镜的焦距和偏转镜的位置进行调整，以校正大气湍流的影响，保证了接收到的单光子信号的完整性，实现了在大气环境下的量子密钥分发，提高了信号光量子密钥分发成功率，扩大了量子密钥分发的应用场景。
22.现有的基于光纤通道的量子密钥分发系统，由于在特殊环境下的光纤资源紧缺，铺设光纤难度大、成本高，在实际应用中很难被广泛应用于跨江跨山的量子保密通信中，本发明采用大气环境空间光通道，可极大的降低铺设光纤成本和铺设难度。
23.现有的基于自由通道的量子密钥分发系统，未考虑近地表大气湍流的影响，大气湍流容易造成光斑发生偏折和抖动，从而容易导致在接收端无法接收到完整的光信号，本发明采用大尺寸的调焦次镜，并利用哈特曼波前传感器实时调整次镜的焦距和偏转镜位置，保证接收的光斑信息尽可能完整，极大程度降低大气湍流的影响。
24.显然，本领域的技术人员应该明白，上述本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在计算机存储介质(rom/ram、磁碟、光盘)中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。所以，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
25.以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
技术特征：1.一种光量子密钥分发系统，包括接收端，其特征在于，所述接收端包括调焦次镜、偏转镜、分光镜、单收型量子密钥分发设备和哈特曼波前传感器；所述调焦次镜用于接收携带有密钥信息的单光子光束；然后依次经过所述偏转镜与所述分光镜，通过所述偏转镜调整光束方向后利用所述分光镜将光束分为两路；一路进入所述单收型量子密钥分发设备，另一路进入所述哈特曼波前传感器；所述哈特曼波前传感器用于反馈光斑信息，以基于光斑信息对所述调焦次镜的焦距和所述偏转镜的位置进行调整，以校正大气湍流的影响；所述单收型量子密钥分发设备用于随机选取一对基矢与发射端进行交互，完成光量子密钥分发。2.如权利要求1所述的光量子密钥分发系统，其特征在于，所述调焦次镜为大尺寸调焦次镜，其尺寸范围为φ150mm～φ500mm。3.如权利要求1所述的光量子密钥分发系统，其特征在于，所述单收型量子密钥分发设备通过舍弃与发射端之间不同基矢的比特，将剩下保留的比特还原成其共有的密钥，从而完成光量子密钥的分发。4.如权利要求1所述的光量子密钥分发系统，其特征在于，所述光量子密钥分发系统还包括发射端，所述发射端包括单发型量子密钥分发设备、透镜、反射镜和衰减片，所述单发型量子密钥分发设备用于基于待分发密钥信息生成并发射偏振光，依次经过透镜、反射镜和衰减镜使其变成单光子光束并发射。5.如权利要求4所述的光量子密钥分发系统，其特征在于，所述单发型量子密钥分发设备通过偏振编码或相位编码方式发射。
技术总结本发明提供一种光量子密钥分发系统，包括接收端，接收端包括调焦次镜、偏转镜、分光镜、单收型量子密钥分发设备和哈特曼波前传感器；调焦次镜用于接收携带有密钥信息的单光子光束；然后依次经过偏转镜与分光镜，通过偏转镜调整光束方向后利用分光镜将光束分为两路；一路进入单收型量子密钥分发设备，另一路进入哈特曼波前传感器；哈特曼波前传感器用于反馈光斑信息，以基于光斑信息对调焦次镜的焦距和偏转镜的位置进行调整，以校正大气湍流的影响；单收型量子密钥分发设备用于随机选取一对基矢与发射端进行交互，完成光量子密钥分发；可有效接收发射端的单光子，提高信号光量子密钥分发成功率，改善通信质量。改善通信质量。改善通信质量。
技术研发人员：马晓燠 李成平 涂鸿 杨奇龙 刘少平 贾天豪 游双慧
受保护的技术使用者：重庆连芯智能科技研究院有限公司
技术研发日：2022.07.06
技术公布日：2022/11/1
