[發(fā)明專利]光量子相位調(diào)制系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210186768.3
• 申請(qǐng)日: 2012-06-07
• 公開（公告）號(hào): CN102739394A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳巍;王雙;銀振強(qiáng);黃大駿;楊陽;周政;何德勇;李玉虎;韓正甫;王永綱;郭光燦
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): H04L9/08
• 分類號(hào): H04L9/08;H04B10/155
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 王波波

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及量子密碼領(lǐng)域，具體內(nèi)容是一種光量子相位調(diào)制系統(tǒng)，用于高速量子密鑰分配，能夠?qū)崿F(xiàn)量子密碼系統(tǒng)所需的光量子態(tài)高速隨機(jī)調(diào)制功能。

背景技術(shù)

隨著通信技術(shù)的發(fā)展，特別是在保密通信領(lǐng)域需求增加。在理論上具有絕對(duì)安全性的量子保密通信的優(yōu)越性越來越受到重視。量子密鑰分配(QKD)是量子密碼技術(shù)的核心，它可以在遠(yuǎn)程用戶之間實(shí)現(xiàn)密碼學(xué)意義上無條件安全的密鑰分發(fā)。將量子密鑰分配技術(shù)與一次一密(One-time-pad)加密結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)無條件安全的保密通信。因此，量子密碼技術(shù)作為密碼學(xué)的新方向受到了廣泛關(guān)注。

量子密鑰分配系統(tǒng)的工作速率是決定其密鑰生成率的重要因素，更高的密鑰生成速率意味著可以為更廣泛的應(yīng)用提供安全保障。因此，提高量子密鑰分配系統(tǒng)的工作速率具有重要的意義。BB84協(xié)議是最廣泛的量子密鑰分配協(xié)議。該協(xié)議要求對(duì)光量子進(jìn)行四態(tài)隨機(jī)編碼，即將光量子的相位、偏振等物理量隨機(jī)調(diào)制成兩組非正交基的四個(gè)量子態(tài)中的一個(gè)。在普通的單模光纖中，由于光纖固有存在的雙折射效應(yīng)會(huì)改變光子的偏振態(tài)，因此多采用相位編碼方案。

如何實(shí)現(xiàn)量子信號(hào)的隨機(jī)高速編碼和解碼是實(shí)現(xiàn)高速Q(mào)KD系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。對(duì)于高速相位調(diào)制系統(tǒng)來說，一般采用基于鈮酸鋰(LiNbO₃)波導(dǎo)材料的電光調(diào)制器件實(shí)現(xiàn)對(duì)光子相位的調(diào)制，調(diào)制的相位與加載到其驅(qū)動(dòng)電極的電壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)直接相關(guān)，調(diào)制電壓的精度決定了相位調(diào)制的精度。由于QKD系統(tǒng)的誤碼率與量子態(tài)的調(diào)制精度直接相關(guān)，因此用于相位QKD系統(tǒng)相位調(diào)制的驅(qū)動(dòng)信號(hào)對(duì)于信噪比和平坦度的要求很高。現(xiàn)有的產(chǎn)生量子態(tài)調(diào)制信號(hào)的方法主要包括數(shù)模轉(zhuǎn)換、模擬開關(guān)等方法。這些方法在200MHz以內(nèi)的QKD系統(tǒng)中，一般可以滿足調(diào)制電壓切換的速度和精度的要求。但是由于數(shù)模轉(zhuǎn)換存在的建立和穩(wěn)定時(shí)間、模擬開關(guān)存在的切換時(shí)間等因素的限制，使這些方法難以滿足1Gbps以上調(diào)制速率的要求。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提出了一種光量子相位調(diào)制系統(tǒng)，用于高速量子密鑰分配，能夠?qū)崿F(xiàn)量子密碼系統(tǒng)所需的光量子態(tài)高速隨機(jī)調(diào)制功能。

根據(jù)本發(fā)明的第一方案，提出了一種光量子相位調(diào)制系統(tǒng)，包括：隨機(jī)數(shù)發(fā)生單元，用于產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)字信號(hào)；并/串轉(zhuǎn)換單元，用于對(duì)隨機(jī)數(shù)發(fā)生單元產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行并/串轉(zhuǎn)換，得到串行隨機(jī)數(shù)字信號(hào)；高速串行收發(fā)器，用于接收并/串轉(zhuǎn)換單元產(chǎn)生的串行隨機(jī)數(shù)字信號(hào)，并輸出兩路獨(dú)立的數(shù)字驅(qū)動(dòng)信號(hào)；增益控制網(wǎng)絡(luò)，用于分別對(duì)兩路獨(dú)立的數(shù)字驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行增益控制，產(chǎn)生用于驅(qū)動(dòng)電光相位調(diào)制器的兩路驅(qū)動(dòng)信號(hào)；電光相位調(diào)制器，具有兩個(gè)獨(dú)立的調(diào)制電極，每個(gè)調(diào)制電極接收兩路驅(qū)動(dòng)信號(hào)中相應(yīng)的一個(gè)，用于對(duì)輸入光量子進(jìn)行相位調(diào)制，根據(jù)兩路獨(dú)立的數(shù)字驅(qū)動(dòng)信號(hào)的組合，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入光量子的四相位調(diào)制。

根據(jù)本發(fā)明的第二方案，提出了一種光量子相位調(diào)制系統(tǒng)，包括：隨機(jī)數(shù)發(fā)生單元，用于產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)字信號(hào)；并/串轉(zhuǎn)換單元，用于對(duì)隨機(jī)數(shù)發(fā)生單元產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行并/串轉(zhuǎn)換，得到串行隨機(jī)數(shù)字信號(hào)；高速串行收發(fā)器，用于接收并/串轉(zhuǎn)換單元產(chǎn)生的串行隨機(jī)數(shù)字信號(hào)，并輸出兩路獨(dú)立的數(shù)字驅(qū)動(dòng)信號(hào)；加法電路，用于對(duì)兩路獨(dú)立的數(shù)字驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行模擬求和，得到四電平驅(qū)動(dòng)信號(hào)；增益控制網(wǎng)絡(luò)，用于對(duì)四電平驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行增益控制，產(chǎn)生用于驅(qū)動(dòng)電光相位調(diào)制器的四電平驅(qū)動(dòng)信號(hào)；電光相位調(diào)制器，具有單一的調(diào)制電極，所述調(diào)制電極接收用于驅(qū)動(dòng)電光相位調(diào)制器的四電平驅(qū)動(dòng)信號(hào)，用于對(duì)輸入光量子進(jìn)行相位調(diào)制，根據(jù)兩路獨(dú)立的數(shù)字驅(qū)動(dòng)信號(hào)的組合，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入光量子的四相位調(diào)制。

根據(jù)本發(fā)明的第三方案，提出了一種光量子相位調(diào)制系統(tǒng)，包括：隨機(jī)數(shù)發(fā)生單元，用于產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)字信號(hào)；并/串轉(zhuǎn)換單元，用于對(duì)隨機(jī)數(shù)發(fā)生單元產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行并/串轉(zhuǎn)換，得到串行隨機(jī)數(shù)字信號(hào)；高速串行收發(fā)器，用于接收并/串轉(zhuǎn)換單元產(chǎn)生的串行隨機(jī)數(shù)字信號(hào)，并輸出兩路獨(dú)立的數(shù)字驅(qū)動(dòng)信號(hào)；增益控制網(wǎng)絡(luò)，用于分別對(duì)兩路獨(dú)立的數(shù)字驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行增益控制，產(chǎn)生用于兩路驅(qū)動(dòng)信號(hào)；加法電路，用于對(duì)兩路驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行模擬求和，得到用于驅(qū)動(dòng)電光相位調(diào)制器的四電平驅(qū)動(dòng)信號(hào)；電光相位調(diào)制器，具有單一的調(diào)制電極，所述調(diào)制電極接收用于驅(qū)動(dòng)電光相位調(diào)制器的四電平驅(qū)動(dòng)信號(hào)，用于對(duì)輸入光量子進(jìn)行相位調(diào)制，根據(jù)兩路獨(dú)立的數(shù)字驅(qū)動(dòng)信號(hào)的組合，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入光量子的四相位調(diào)制。