[發明專利]基于雙路即插即用QKD系統的信道復用裝置

有效

• 申請號: 201611175770.5
• 申請日: 2016-12-19
• 公開（公告）號: CN106817174B
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發明（設計）人: 郭弘;彭翔;王干;徐兵杰;馮雨龍
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: H04B10/548
• 分類號: H04B10/548;H04B10/54;H04B10/61;H04B10/70
• 代理公司: 北京君尚知識產權代理有限公司 11200
• 代理人: 邵可聲

本發明提供一種基于雙路即插即用QKD系統的信道復用裝置，在現有雙路即插即用QKD系統Alice端原來的光源監控模塊前增加一分束片，用于將信號光分為兩束，其中一束進入一光源監控模塊，另一束用于探測經典信息，且該探測經典信息模塊包括：一偏振保持分束片，用于將信號光分為信號光S1與信號光S2；一段延時光纖，用于將上述信號光S2延時到與上述信號光S1相同的位置；一偏振控制器，用于將上述信號光S1的偏振狀態扭轉，使其與信號光S2的偏振狀態一致；一分束片，用于將上述經過延時的一束信號光S2與上述經過偏振控制器的另一束信號光S1進行干涉并分為兩束信號光，以得到信號光加載的經典信息；兩個光電探測器，用于在Alice端對經典信息進行測量。

技術領域

本發明涉及信息科學量子通信中量子密鑰分發(Quantum Key Distribution，QKD)領域，尤其涉及一種基于雙路即插即用QKD系統的信道復用裝置。

背景技術

隨著信息科學的發展，量子信息科學逐漸出現在人們的視野中，并且占據著越來越重要的地位。量子信息科學的出現，使得人們看到了突破現有通信技術瓶頸的希望。而量子密鑰分發作為量子信息科學中的重要研究成果，它結合了一次一密的編碼理論，利用了量子力學原理對密鑰進行傳輸，理論上可以實現無條件安全性。量子密鑰分發的基本原理圖如圖1所示，信息發送者Alice和信息接收者Bob之間存在兩條信道，其中量子信道加載包含密鑰信息的量子態，經典信道傳遞經典信息以便于實現誤碼糾錯和私鑰放大等。

在量子密鑰分發中，BB84協議及其變種是目前QKD所采用的主流協議之一。其中誘騙態協議是BB84協議變種中的一種，誘騙態協議在原來BB84協議的基礎上，提高了其安全碼率，增強了原BB84協議的實用性。而雙路即插即用QKD系統就采用了誘騙態協議，并且該系統還可以自動補償光纖相位與偏振波動，具有高穩定性和低誤碼率，是搭建實用化QKD系統的方案之一。

該雙路即插即用QKD系統原理圖如圖2所示，其信號流程如圖3A、3B、3C、3D所示，具體原理步驟如下：

首先，Bob端的激光器會發出線偏振脈沖激光信號，該信號通過環形器，第一次入射環形器是從它的a口入射b口出射。

上述從b口出射的信號會進入一個分束片5一分為二，其中一束信號光命名為S1，它通過后續的相位調制器6(但是此時不開啟)，另一束信號光命名為S2，它經過后續的延時光纖，最后兩束信號光匯合到偏振分束片8(PBS)，由于延時光纖的作用，信號光S2被延時，即信號光S1和S2有了傳輸上的時間差。

上述的S1和S2兩束信號光經過一個偏振分束片8合為一路，在一條光纖上傳輸，同時由于偏振分束片8的作用，兩束信號光的偏振方向互相垂直。

上述合為一路的信號光通過長距離的光纖傳輸后，進入Alice一端。該信號光會首先經過一段色散補償光纖來補償信號在長距離傳輸光纖中的光纖相位與偏振波動，之后經過一個分束片12分為兩束，其中一束信號光(一般選取為百分之九十)作為光源監控，查看是否存在竊聽，另外一束信號光(一般選取為百分之十)繼續傳輸，以便于在Alice端加載密鑰信息。

上述繼續傳輸的信號光經過一個強衰減器，以便于使得激光脈沖能量弱到單個光子量級。

上述通過強衰減器后的信號光通過一個存儲光纖，以便于減小瑞利散射帶來的影響。

上述通過存儲光纖的信號光經過一個偏振分束片15，由于信號光S1與S2的偏振方向不同，保證了信號光S1和S2會被偏振分束片15分開，信號光S1通過Alice端的相位調制器16(開啟狀態)，相位調制器16會對信號光S1隨機加載相位，以及對之后從Alice端傳輸到Bob端的信號光S2不加載任何相位(此時相位調制器16不開啟)，這一步相當于Alice端在信號光S1上加載了密鑰信息。而信號光S2會通過Alice端的強度調制器(開啟狀態)，以及之后從Alice端傳輸到Bob端的信號光S1也會通過該強度調制器(開啟狀態)，隨機的產生3個光強度中的一個以便于產生誘騙態。