[發明專利]一種基于光開關控制的量子密鑰分配系統與方法

在審

• 申請號: 201710629273.6
• 申請日: 2017-07-28
• 公開（公告）號: CN107276757A
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發明（設計）人: 宋蕭天;黃蕾蕾;趙義博
• 申請（專利權）人: 浙江九州量子信息技術股份有限公司
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08;H04B10/70;H04B10/61
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于光開關控制的量子密鑰分配系統，其特征在于：包括通過量子信道連接的發射端與接收端，所述發射端包括發射端驅動板、信號激光器、同步激光器、強度調制器、1*4路光開關、四路波導干涉環、第一可調衰減器、第二可調衰減器以及發射端復用器，所述四路波導干涉環臂長差不同，其相位差分別為0，π/2，π，3π/2，所述信號激光器依次連接強度調制器、1*4路光開關，所述1*4路光開關分別連接四路波導干涉環，所述四路波導干涉環的輸出端均連接第一可調衰減器，所述第一可調衰減器連接發射端復用器，所述同步激光器依次連接第二可調衰減器以及發射端復用器，所述第一可調衰減器與第二可調衰減器連接發射端復用器的同一端，所述發射端驅動板分別連接信號激光器、強度調制器、1*4路光開關、波導干涉環、同步激光器、第一可調衰減器以及第二可調衰減器；

所述接收端包括接收端驅動板、接收端復用器、同步探測器、偏振分束器、兩路波導干涉環以及單光子探測器，所述接收端復用器通過量子信道連接發射端復用器，所述接收端復用器的另一端分別連接同步探測器與偏振分束器，所述偏振分束器依次分別連接兩路波導干涉環，其中，兩路波導干涉環均連接有兩路單光子探測器，所述接收端驅動板分別連接同步探測器、波導干涉環以及單光子探測器。

2.如權利要求1所述的基于波導干涉環的量子密鑰分配系統，其特征在于，所述波導干涉環包括前端耦合器、長臂波導單元、短臂波導單元以及后端耦合器，所述前端耦合器的輸出端分別連接長臂波導單元以及短臂波導單元，所述長臂波導單元以及短臂波導單元的輸出端分別連接后端耦合器，所述長臂波導單元包括第一耦合器、延時波導以及第二耦合器，所述第一耦合器通過硅波導連接前端耦合器的輸出端，所述第一耦合器通過延時波導連接第二耦合器，所述第二耦合器通過硅波導連接后端耦合器的輸入端，所述短臂波導單元采用硅波導連接前端耦合器的輸出端以及后端耦合器的輸入端，所述長臂波導單元和/或短臂波導單元上設置有相位調制器。

3.如權利要求2所述的基于波導干涉環的量子密鑰分配系統，其特征在于，所述延時波導為低損耗硅波導、氧化硅波導、SiON波導、Si₃N₄波導以及聚合物波導中的一種或是組合，所述短臂波導單元上設置有可調衰減器。

4.如權利要求2所述的基于波導干涉環的量子密鑰分配系統，其特征在于，所述信號激光器與同步激光器為同一復用激光器，所述復用激光器可采用時分復用的方式發射信號光與同步光，所述發射端復用器為時分復用器，所述接收端復用器為解時分復用器。

5.一種基于光開關控制的量子密鑰分配方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)激光器觸發：發射端利用同一個時鐘信號分別觸發信號激光器和同步激光器發射出信號光與同步光，所述信號光作為調制光，所述同步光作為同步信號傳輸到接收端由同步探測器響應為接收端所用；

2)誘騙態調制：信號激光器發射的信號光通過強度調制器進行隨機強度調制，調制成為信號態、誘騙態或者真空態；

3)發射端干涉：通過1*4路光開關將信號光分成四路路，分別連接到由波導制作完成的四路臂長差不同的波導干涉環，各波導干涉環之間的相位差依次為0，π/2，π，3π/2，并通過所述1*4路光開關選擇不同的通路進行通斷選擇，完成發射端不同相位調制的選擇；

4)電控可調衰減器對信號光進行衰減：通過消偏器完成相位調制的信號光進行消偏，消偏后的信號光經過第一可調衰減器將光脈沖衰減至單光子量級，同步光經過第二可調衰減器將同步光調節至接收端可響應的強度范圍；

5)信號光與同步光通過量子信道傳輸：信號光與同步光在發射端復合后通過量子信道傳輸至接收端，并在接收端重新分解，信號光進入偏振分束器，同步光通過同步光探測器探測；

6)偏振分束器分束：將不同步偏振的光經過偏振分束器分解為水平偏振方向和垂直偏振方向；

7)接收端干涉：將水平偏振方向和垂直偏振方向的信號光分別接入兩路兩個臂長差不同的波導干涉環進行相位調制，相位差分別為0、π/2，完成接收端不同相位的選擇；

8)單光子探測器探測：單光子探測器探測出光信號，用于后續處理產生安全密鑰。

6.如權利要求5所述的量子密鑰分配方法，其特征在于，所述步驟5)中，對信號光與同步光在發射端復合可采用波分復用或時分復用的方式進行，在接收端分解對應采用解波分復用或解時分復用方式進行。

7.如權利要求6所述的量子密鑰分配方法，其特征在于，所述步驟5)若信號光與同步光復合傳輸的方式采用時分復用時，所述信號激光器與同步激光器可采用任意一個激光器分時發送信號光與同步光。