一种量子密钥分发教学实验系统的制作方法

本技术涉及密钥分发领域，具体涉及一种量子密钥分发教学实验系统。

背景技术：

1、量子密钥分发(quantum key distribution，qkd)是一种利用量子力学特性来保证通信安全性的技术。它的核心思想是使用光子(量子力学中的基本单位)来传输信息，利用量子的不确定性原理和量子纠缠等特性，实现密钥的安全分发和信息的安全传输，使通信的双方能够产生并分享一个随机的、安全的密钥，用于加密和解密消息。在量子密码教学中，量子密钥分发是一个重要的课题，它既是理论学习的重要内容，也是实验教学的关键环节。通过深入学习和实践量子密钥分发，学生可以更好地理解量子通信的基本原理，掌握量子通信的关键技术，为将来进入量子信息科学领域打下坚实的基础。

2、现有的量子密钥分发实现主要基于bb84协议，这是一种经典的量子密钥分发协议，由查理斯·贝内特(charles bennett)与吉勒·布拉萨(gilles brassard)于1984年提出。在bb84协议中，发送端首先产生一串随机的数字序列，然后将这串数字序列编码到一串光子上，每个光子的偏振状态代表一个数字(例如，水平偏振代表0，垂直偏振代表1)。然后，发送端将这串光子发射出去，接收端接收到光子后，通过测量光子的偏振状态，就可以得到发送端的数字序列，从而实现密钥的分发。在这个过程中，由于量子的不确定性原理，任何未经授权的第三方都无法在不被发现的情况下复制或读取这串光子的信息，从而保证了密钥的安全性。

3、然而，现有的量子密钥分发方法存在一些显著的缺点。首先，接收端通常采用单光子探测器进行光信号的探测，但单光子探测器的价格昂贵，大大增加了实验设备的成本。其次，单光子探测器的探测效率较低，通常在25％至40％左右，这在一定程度上限制了量子密钥分发的效率。此外，部分单光子探测器需要在超低温条件下使用，对实验环境的要求较高。最后，由于单光子探测器在强光环境下极易损坏，这为教学设备的使用增加了一定的风险。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本实用新型提供一种量子密钥分发教学实验系统。

2、该量子密钥分发教学实验系统包括：

3、光源模块，用于产生信号光和同步光；

4、发送调制模块，用于制备特定偏振态的信号光；

5、接收解调模块，用于测量传输信号光的偏振态；

6、探测模块，用于探测信号光和同步光；

7、光源模块、发送调制模块、接收解调模块和探测模块依次连接，形成通信链路。

8、进一步的，所述光源模块包括若干路信号光激光器和同步光激光器。

9、进一步的，所述信号光激光器输出线偏振光，并采用保偏尾纤维以维持线偏振光的传输。

10、进一步的，所述发送调制模块包括若干偏振合束器以及偏振旋转耦合器；

11、每个偏振合束器的输入端连接所述信号光激光器，每个偏振合束器的输出端连接所述偏振旋转耦合器的输入端；

12、所述偏振合束器将信号光激光器输出的信号光合束为一路正交偏振光输出；

13、所述偏振旋转耦合器将偏振合束器输出的信号光偏振方向进行调节后合束输出。

14、进一步的，所述接收解调模块包括分束器、偏振控制器以及偏振分束器；

15、所述分束器用于将信号光等分为若干路后输送至偏振控制器；

16、所述偏振控制器用于调整信号光偏振态对偏振漂移进行补偿后输送至偏振分束器；

17、所述偏振分束器用于测量偏振态。

18、进一步的，所述探测模块包括若干路信号光探测器以及同步光探测器；

19、所述信号光探测器分别与若干个偏振分束器的输出端相连；

20、所述同步光探测器与所述同步光激光器通过传输光纤相连。

21、优选的，所述信号光激光器为四个。

22、优选的，所述偏振合束器为两个。

23、优选的，所述偏振控制器与所述偏振分束器均为两个。

24、优选的，所述信号光探测器为四个。

25、本实用新型实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

26、本申请提供的量子密钥分发教学实验系统采用普通光电探测器代替单光子探测器，保证低成本和耐用性，更适用于教学场景。通过完整的硬件链路模拟量子密钥分发过程，光路方案清晰且与原理高度契合，实验现象直观，可操作性强。

技术特征：

1.一种量子密钥分发教学实验系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述一种量子密钥分发教学实验系统，其特征在于，所述光源模块包括若干路信号光激光器和同步光激光器。

3.根据权利要求2所述一种量子密钥分发教学实验系统，其特征在于，所述信号光激光器输出线偏振光，并采用保偏尾纤维以维持线偏振光的传输。

4.根据权利要求2所述一种量子密钥分发教学实验系统，其特征在于，所述发送调制模块包括若干偏振合束器以及偏振旋转耦合器；

5.根据权利要求4所述一种量子密钥分发教学实验系统，其特征在于，所述接收解调模块包括分束器、偏振控制器以及偏振分束器；

6.根据权利要求5所述一种量子密钥分发教学实验系统，其特征在于，所述探测模块包括若干路信号光探测器以及同步光探测器；

7.根据权利要求6所述一种量子密钥分发教学实验系统，其特征在于，所述信号光激光器为四个。

8.根据权利要求6所述一种量子密钥分发教学实验系统，其特征在于，所述偏振合束器为两个。

9.根据权利要求6所述一种量子密钥分发教学实验系统，其特征在于，所述偏振控制器与所述偏振分束器均为两个。

10.根据权利要求6所述一种量子密钥分发教学实验系统，其特征在于，所述信号光探测器为四个。

技术总结本技术涉及密钥分发领域，具体涉及一种量子密钥分发教学实验系统，包括：光源模块，用于产生信号光和同步光；发送调制模块，用于制备特定偏振态的信号光；接收解调模块，用于测量传输信号光的偏振态；探测模块，用于探测信号光和同步光；光源模块、发送调制模块、接收解调模块和探测模块依次连接，形成通信链路。本申请提供的量子密钥分发教学实验系统采用普通光电探测器代替单光子探测器，保证低成本和耐用性，更适用于教学场景。通过完整的硬件链路模拟量子密钥分发过程，光路方案清晰且与原理高度契合，实验现象直观，可操作性强。技术研发人员：孙媛媛,余刚受保护的技术使用者：合肥清畅电子科技有限公司技术研发日：20230921技术公布日：2024/6/2