一种多用户量子密钥分发系统的制作方法

本技术涉及量子密码与量子通信的，具体涉及一种多用户量子密钥分发系统。

背景技术：

1、量子密钥分发技术在理论上具有无条件安全性，通信的双方通过一个安全的密钥相互传递信息，并通过光纤信道或自由空间信道进行传输。近些年来，量子密钥分发技术在理论及量子通信与网络实践上都取得了较大的发展，已然步入应用推广阶段。

2、涡旋光束携带的信息能够在自由空间中进行传输，信道干扰极小，因此在自由空间量子密钥分发系统中具有良好的应用潜力。涡旋光束的角动量包括自旋角动量(sam)和轨道角动量(oam)，其中，自旋角动量是在自身旋转时所具有的角动量，它是粒子的一种内禀属性；轨道角动量是描述涡旋光束波前特征的物理量，其具有正交特性，在自由空间中不易受到干扰，可以稳定传输，能够为量子通信提供一个稳定可靠的自由度。

3、而且，当光束携带轨道角动量时，其振幅函数含方位角相位其中l被称为拓扑荷数，理论上拓扑荷数可以达到无穷大。因此，轨道角动量具有正交特性，并且其拓扑荷数具有无限性，让其在多用户传输方面具有极高的应用价值。

4、但是，目前利用轨道角动量实现多用户量子密钥分发的系统结构较为复杂，需要额外的光分流器或者探测系统中复杂的计算机生成全息图技术,导致系统结构较为复杂，器件数量多、成本昂贵。

技术实现思路

1、本实用新型为了解决目前利用轨道角动量“端对端”应用，系统结构较为复杂的问题，提出了一种多用户量子密钥分发系统。

2、为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案如下：

3、一种多用户量子密钥分发系统，包括alice发送端、bob接收端、自旋角动量调制单元和测量单元；

4、所述alice发送端包括激光光源、bbo晶体和q-plate器件；

5、所述bob接收端包括第一达曼光栅、第二达曼光栅和多个用户端；

6、所述激光光源的输出端与bbo晶体的第一端口连接，bbo晶体的第二端口与自旋角动量调制单元的一端连接，自旋角动量调制单元的另一端与测量单元的一端连接，bbo晶体的第三端口与q-plate器件的一端连接，q-plate器件的另一端通过第一达曼光栅分别与各个用户端的一端连接，各个用户端的另一端分别通过第二达曼光栅与测量单元的另一端连接。

7、优选的，所述alice发送端还包括衰减器、第一准直器和凸透镜；

8、所述衰减器的一端与激光光源的输出端连接，衰减器的另一端与bbo晶体的第一端口连接；第一准直器的一端与q-plate器件的另一端连接，第一准直器的另一端与凸透镜的一端连接，凸透镜的另一端通过第一达曼光栅分别与各个用户端的一端连接。

9、优选的，所述用户端包括第二准直器、空间光调制器和第三准直器；

10、所述第二准直器的一端通过第一达曼光栅与凸透镜的另一端连接，第二准直器的另一端与空间光调制器的一端连接，空间光调制器的另一端与第三准直器的一端连接。

11、优选的，所述bob接收端还包括第四准直器；

12、所述第三准直器的另一端通过第二达曼光栅与第四准直器的一端连接，第四准直器的另一端与测量单元的另一端连接。

13、优选的，所述自旋角动量调制单元包括半波片和偏振分束器；

14、所述bbo晶体的第二端口通过半波片与偏振分束器的一端连接，偏振分束器的另一端与测量单元的一端连接。

15、优选的，所述测量单元包括第一单光子探测器、符合计数器和第二单光子探测器；

16、所述偏振分束器的另一端与第一单光子探测器的一端连接，第一单光子探测器的另一端与符合计数器的一端连接，符合计数器的另一端与第二单光子探测器的一端连接，第二单光子探测器的另一端与第四准直器的另一端连接。

17、优选的，所述第一达曼光栅和第二达曼光栅对称设置。

18、优选的，所述alice发送端与自旋角动量调制单元通过单模光纤连接。

19、优选的，所述bob接收端与测量单元通过单模光纤连接。

20、本实用新型有益的技术效果：

21、本实用新型提供了一种多用户量子密钥分发系统，通过激光光源和bbo晶体产生纠缠的信号光子和闲置光子，其中信号光子传输至自旋角动量调制单元中进行相位调制，闲置光子经过q-plate器件进行轨道角动量调制后传输至第一达曼光栅根据轨道角动量阶数衍射进入相应的bob用户中进行相位调制，结构简单，不需要额外的光分流器或者探测系统中复杂的计算机生成全息术。

技术特征：

1.一种多用户量子密钥分发系统，其特征在于，包括alice发送端、bob接收端、自旋角动量调制单元和测量单元；

2.根据权利要求1所述的一种多用户量子密钥分发系统，其特征在于，所述alice发送端还包括衰减器、第一准直器和凸透镜；

3.根据权利要求2所述的一种多用户量子密钥分发系统，其特征在于，所述用户端包括第二准直器、空间光调制器和第三准直器；

4.根据权利要求3所述的一种多用户量子密钥分发系统，其特征在于，所述bob接收端还包括第四准直器；

5.根据权利要求4所述的一种多用户量子密钥分发系统，其特征在于，所述自旋角动量调制单元包括半波片和偏振分束器；

6.根据权利要求5所述的一种多用户量子密钥分发系统，其特征在于，所述测量单元包括第一单光子探测器、符合计数器和第二单光子探测器；

7.根据权利要求1所述的一种多用户量子密钥分发系统，其特征在于，所述第一达曼光栅和第二达曼光栅对称设置。

8.根据权利要求1所述的一种多用户量子密钥分发系统，其特征在于，所述alice发送端与自旋角动量调制单元通过单模光纤连接。

9.根据权利要求1所述的一种多用户量子密钥分发系统，其特征在于，所述bob接收端与测量单元通过单模光纤连接。

技术总结
本技术公开了一种多用户量子密钥分发系统，包括Alice发送端、Bob接收端、自旋角动量调制单元和测量单元；所述Alice发送端包括激光光源、BBO晶体和Q‑Plate器件；所述Bob接收端包括第一达曼光栅、第二达曼光栅和多个用户端。本技术公开了一种多用户量子密钥分发系统，通过激光光源和BBO晶体产生纠缠的信号光子和闲置光子，其中信号光子传输至自旋角动量调制单元中进行相位调制，闲置光子经过Q‑Plate器件进行轨道角动量调制后传输至第一达曼光栅根据轨道角动量阶数衍射进入相应的Bob用户中进行相位调制，结构简单，不需要额外的光分流器或者探测系统中复杂的计算机生成全息术，在多用户、高维量子密码分发与量子网络中有重要应用。

技术研发人员：吴俊森,郭邦红,谢欢文
受保护的技术使用者：广东国腾量子科技有限公司
技术研发日：20231227
技术公布日：2024/9/23