[發明專利]無需相位調制器的時間相位編碼量子密鑰分發系統及其組件

有效

• 申請號: 201710384914.6
• 申請日: 2017-05-26
• 公開（公告）號: CN108933661B
• 公開（公告）日: 2023-08-22
• 發明（設計）人: 湯艷琳
• 申請（專利權）人: 科大國盾量子技術股份有限公司
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08
• 代理公司: 北京市中聯創和知識產權代理有限公司 11364
• 代理人: 王影

本發明提供了一種無需相位調制器的時間相位編碼的量子密鑰分發系統及其光源、編碼裝置和解碼裝置。其中，本發明的光源結構可以在不借助相位調制器的情況下實現相位基矢編碼下的相位調制，從而省略了現有技術中相位調制器和對主激光器調制信號的調制，降低了量子密鑰分發系統的復雜度，有利于量子通信網絡技術的應用。

技術領域

本發明涉及量子保密通信技術領域，具體涉及無需相位調制器的基于時間相位編碼的量子密鑰分發系統以及用于該系統的光源、編碼裝置和解碼裝置。

背景技術

目前BB84量子密鑰分發系統中的編碼主要采用偏振編碼或相位編碼。相比偏振編碼，現有的相位編碼系統的應用場景比較適合偏振變化比較劇烈的情形，但不一定能很好地應用于長距離架空光纜環境。時間相位編碼方案可以解決所有這些問題，其不僅可以做到完全的偏振無關性，而且能大大降低接收端插損，從而提高系統的成碼率、成碼距離，以及實現抗外界環境擾動的穩定性；同時，還能夠更好地適應長距離架空光纜環境。

在現有基于時間相位編碼的量子密鑰分發系統中，采用了基于注入鎖定方式的光源結構，由此改善X、Z基矢的性能。但是在這些量子密鑰分發系統中，或者需要通過相位調制器PM在X基矢的2個光脈沖之間加載調制相位0或者π，由此完成時間相位編碼中的相位編碼(例如參見本申請人的待審未公開的在先申請CN201611217678.0等)，或者通過對主激光器的調制信號的調制進行相位調制來實現X基矢下的編碼(例如參見中國專利申請CN201611199570.3)。然而，本申請人發現現有技術的時間相位編碼的量子密鑰分發系統仍然存在一些問題。

對于采用相位調制器PM進行X基矢下編碼的系統，其需要在發送端設置相位調制器PM來調制相位，相應地需要設置相位調制的光電驅動電路。在這種方案中，其需要設置的相位調制器價格上非常昂貴，且相位調制驅動電路中要求電子學信號需要滿足約5V左右的平坦的π電壓，因此對調制電路要求非常高。另外，在外界環境變化導致驅動電壓輸出不穩定的情況下，相位調制可能出現偏差，因此，為避免由此引起的誤碼率升高和安全隱患等問題，還需要設置相應的校準設備，從而增加了整個量子密鑰分發系統的成本和復雜度。

對于借助主激光器調制信號的調制來提供X基矢下編碼的方案，在發送端中需要對主激光器的調制信號進行非常精確的控制而且調制速率要求很高，這對電子學的驅動電路提出了非常高的要求。另外，在外界環境變化導致驅動電壓輸出不穩定的情況下，相位調制同樣可能出現偏差，因此，為避免由此引起的誤碼率升高和安全隱患等問題，同樣還需要設置相應的校準設備，從而增加了整個量子密鑰分發系統的成本和復雜度。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供了一種無需相位調制器的時間相位編碼的量子密鑰分發系統及其光源，其中，本發明的光源結構可以在不借助相位調制器的情況下實現相位基矢編碼下的相位調制，從而省略了現有技術中相位調制器和對主激光器調制信號的調制，降低了量子密鑰分發系統的復雜度，有利于量子通信網絡技術的應用。

本發明公開了一種可同時用于時間編碼和相位編碼的光源。該光源可以包括：主激光器，其在一個系統周期內基于主驅動信號源提供的主驅動信號的驅動輸出一個主激光器脈沖，以用于形成種子光；以及從激光器，其基于從驅動信號源提供的從驅動信號的驅動在所述種子光的激勵下以注入鎖定的方式輸出從激光器脈沖，用于編碼信號光脈沖。其中，所述從驅動信號可以包括第一、第二和第三從驅動信號，且在一個系統周期內，所述第一、第二和第三從驅動信號中的一個被隨機地輸出以驅動所述從激光器。并且，在所述第一從驅動信號的驅動下，在一個系統周期內，所述從激光器僅輸出一個第一從激光器脈沖，且所述第一從激光器脈沖是源于一個所述主激光器脈沖的位于第一時間位置的脈沖部分激勵的；在所述第二從驅動信號的驅動下，在一個系統周期內，所述從激光器僅輸出一個第二從激光器脈沖，且所述第二從激光器脈沖是源于一個所述主激光器脈沖的位于第二時間位置的脈沖部分激勵的；以及，在所述第三從驅動信號的驅動下，在一個系統周期內，所述從激光器輸出連續兩個第三從激光器脈沖，且所述兩個第三從激光器脈沖是分別源于一個所述主激光器脈沖的位于第三時間位置和第四時間位置的脈沖部分激勵的。