基于轨道角动量编码的机载MDI-QKD系统性能分析方法研究

针对地面光纤和卫星量子网络存在传输距离和工作时间上的限制,提出了一种以无人机(UAVs)为中继平台,基于光子轨道角动量(OAM)编码的测量设备无关量子密钥分发(MDI-QKD)协议。利用无人机的机动性和可控性,建立了一条理论上安全的快速链路,采用光子OAM编码方式提高了信道鲁棒性。通过分析考虑涡旋光束扩展和无人机抖动等因素,发现传输距离会受到模式依赖衍射(SDD)和指向误差的影响,进而影响密钥率。研究结果表明,衍射效应在系统性能中起着主导作用,综合考虑SDD和无人机的抖动情况,传输距离的缩短程度可达58%,远超仅考虑大气湍流散射影响时的效果,这为基于无人机中继的量子密钥分配系统建立了理论模型。所提工作提升了理论分析的完备性,缩小了理论分析与实验验证之间的距离,为未来无人机量子通信组网的发展提供了重要的理论参考。