[發明專利]一種偏振和相位糾纏編碼方法、裝置和量子密鑰分配系統

在審

• 申請號: 201710374340.4
• 申請日: 2017-05-24
• 公開（公告）號: CN107070655A
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發明（設計）人: 許華醒;朱冰;莫小范;程旭升
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司電子科學研究院
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08;H04L29/06
• 代理公司: 工業和信息化部電子專利中心11010
• 代理人: 田衛平

技術領域

本發明涉及光傳輸保密通信技術領域，尤其涉及一種偏振和相位糾纏編碼方法、裝置和量子密鑰分配系統。

背景技術

實現廣域量子保密通信的主要技術途徑之一是，建立天基量子保密通信衛星網絡和地面城域/城際量子保密通信光纖網絡，通過自由空間信道量子衛星網絡連接地面光纖信道各城域/城際量子保密通信網絡的主要節點，實現廣域量子保密通信。廣域量子保密通信系統，編碼的光量子需要在自由空間和光纖兩種信道傳輸，并且在到達通信雙方前的傳輸過程中不能被探測。光量子偏振編碼是自由空間信道量子密鑰分配采用的主要編碼方式，光量子相位編碼和偏振編碼是光纖信道量子密鑰分配采用的兩種主要編碼方式。光纖信道采用相位編碼，尤其是采用不等臂法拉第-邁克爾遜干涉儀相位編碼，能夠實現環境干擾免疫的光纖信道量子密鑰分配系統，具備穩定、長程的量子密鑰分配能力。若在自由空間信道采用偏振編碼、在光纖信道采用相位編碼，則需要實現偏振編碼與相位編碼之間的轉換。目前，量子保密通信中偏振編碼與相位編碼之間的轉換方法鮮有報道。

發明內容

本發明的主要目的在于提出一種偏振和相位糾纏編碼方法、裝置和量子密鑰分配系統，用以解決基于糾纏光子對的量子密鑰分配系統的偏振編碼轉換為相位編碼的難題，實現偏振和相位糾纏的難題，以及建立可應用于自由空間和光纖混合信道的偏振和相位糾纏量子密鑰分配系統的難題。

為實現上述目的，本發明提供了一種偏振和相位糾纏編碼方法，所述方法包括：

將偏振糾纏光源產生的偏振糾纏光子對中的第一光子由偏振編碼轉換為相位編碼；

將轉換為相位編碼的第一光子與所述偏振糾纏光子對中的第二光子形成偏振和相位糾纏光子對；其中，所述第二光子為偏振編碼；

將第一光子由偏振編碼轉換為相位編碼的方法，包括：

通過偏振分束器將第一光子分束為在兩條子光路上傳輸的光子，通過分別設置于所述兩條子光路上的相位編碼器，對在所述兩條子光路上傳輸的光子進行相位編碼，并通過合束器將經過相位編碼后的在所述兩條子光路上傳輸的光子合束為一條光路輸出的光子，所述合束為一條光路輸出的光子有確定的偏振態。

可選的，所述分別設置于所述兩條子光路上的相位編碼器編碼的相位相差180度。

可選的，在所述兩條子光路上傳輸的光子同步到達所述合束器，并合束為一條光路輸出的光子。

可選的，所述偏振分束器的正交基的本征態與所述第一光子的正交偏振態相同，所述偏振分束器將所述第一光子的正交偏振態分束到所述兩條子光路上。

可選的，當入射至所述合束器的在所述兩條子光路上傳輸的光子的偏振態相同時，所述合束器采用偏振無關合束器；

當入射至所述合束器的在所述兩條子光路上傳輸的光子的偏振態為正交偏振態時，所述合束器采用偏振無關合束器或偏振合束器；當所述合束器采用偏振合束器時，在所述兩條子光路上傳輸的光子的正交偏振態為所述偏振合束器的正交基的本征態。

可選的，所述相位編碼器采用以下任意一種：不等臂馬赫-曾德爾干涉儀、不等臂邁克爾遜干涉儀、不等臂法拉第-邁克爾遜干涉儀。

可選的，當所述相位編碼器采用不等臂邁克爾遜干涉儀或不等臂法拉第-邁克爾遜干涉儀時，所述偏振合束器與所述偏振分束器為同一器件。

可選的，控制所述合束為一條光路輸出的光子有確定的偏振態的方法包括：

在所述合束器之后設置起偏器；或者，

在所述偏振分束器和所述合束器之間的兩條子光路上分別設置起偏器；或者，

在所述偏振分束器和所述合束器之間的一條或兩條子光路上設置偏振控制器。

可選的，所述偏振分束器、所述相位編碼器、所述合束器、所述偏振控制器、所述起偏器以及傳導光使用的分立器件和波導器件均為偏振控制型器件，對光路中光子的偏振態進行控制，使得所述合束為一條光路輸出的光子有確定的偏振態。

此外，為實現上述目的，本發明還提供一種偏振和相位糾纏編碼裝置，包括：偏振分束器、合束器和相位編碼器；

所述偏振分束器用于將偏振糾纏光源產生的偏振糾纏光子對中的第一光子分束為在兩條子光路上傳輸的光子；

所述相位編碼器分別設置于所述兩條子光路上，所述相位編碼器用于對在所述兩條子光路上傳輸的光子進行相位編碼；

所述合束器用于將經過相位編碼后的在所述兩條子光路上傳輸的光子合束為一條光路輸出的光子。

可選的，所述分別設置于所述兩條子光路上的相位編碼器編碼的相位相差180度。