[發(fā)明專利]一種基于光開關(guān)控制的量子密鑰分配系統(tǒng)與方法

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• 申請日: 2017-07-28
• 公開（公告）號: CN107276757A
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 宋蕭天;黃蕾蕾;趙義博
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江九州量子信息技術(shù)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

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光傳輸安全通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于光開關(guān)控制的量子密鑰分配系統(tǒng)與方法。

背景技術(shù)

隨著互聯(lián)網(wǎng)的大范圍普及，人類之間的信息傳遞達到了前所未有的數(shù)量和頻率，各種隱私信息越來越多地暴露在互聯(lián)網(wǎng)上，因此，人類對保密通信的需求也到了前所未有的高度。現(xiàn)在的互聯(lián)網(wǎng)信息安全的加密方式稱為“公開密鑰”密碼體系，其原理是通過加密算法，生成網(wǎng)絡(luò)上傳播的公開密鑰，以及留在計算機內(nèi)部的私人密鑰，兩個密鑰必須配合使用才能實現(xiàn)完整的加密和解密過程。

現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)使用的加密標(biāo)準(zhǔn)是20世紀(jì)70年代誕生的RSA算法，即利用大數(shù)的質(zhì)因子分解難以計算來保證密鑰的安全性。

量子密鑰分配是1984年物理學(xué)家Bennett和密碼學(xué)家Brassard提出了基于量子力學(xué)測量原理的BB84協(xié)議，量子密鑰分配可以從根本上保證了密鑰的安全性。

現(xiàn)有技術(shù)中量子密鑰在發(fā)射端產(chǎn)生信號光，經(jīng)過傳統(tǒng)的量子信道傳輸過程中，由于經(jīng)過光纖信道雙折射等作用，其偏振態(tài)會有較大變化，影響光信號后期的干涉效果，會造成整體密鑰的丟失，目前，為了解決上述問題會在接收端增加糾偏系統(tǒng)，通過糾偏系統(tǒng)來還原光信號的偏振態(tài)，但是糾偏系統(tǒng)需要復(fù)雜的硬件以及軟件部分組成，給整個密鑰分配系統(tǒng)帶來了整體系統(tǒng)的復(fù)雜度以及提高了生產(chǎn)成本；另外，光信號經(jīng)過普通單模光纖干涉環(huán)的長短臂的不同路徑后其偏振狀態(tài)會發(fā)生不同的變化并導(dǎo)致干涉結(jié)果不明顯，所以在正常制作中需要使用額外的偏振補償技術(shù)來保證經(jīng)過不同臂的光的偏振態(tài)相同，進一步增加了系統(tǒng)復(fù)雜度以及提高了生產(chǎn)成本。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于提供一種基于光開關(guān)控制的量子密鑰分配系統(tǒng)與方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中量子秘鑰分配系統(tǒng)為了提高密鑰生成效率需要系統(tǒng)增加糾偏系統(tǒng)以及偏振補償技術(shù)，從而使系統(tǒng)增加了復(fù)雜度以及提高了生產(chǎn)成本的技術(shù)性缺陷。

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：

一種基于光開關(guān)控制的量子密鑰分配系統(tǒng)，包括通過量子信道連接的發(fā)射端與接收端，所述發(fā)射端包括發(fā)射端驅(qū)動板、信號激光器、同步激光器、強度調(diào)制器、1*4路光開關(guān)、四路波導(dǎo)干涉環(huán)、第一可調(diào)衰減器、第二可調(diào)衰減器以及發(fā)射端復(fù)用器，所述四路波導(dǎo)干涉環(huán)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(diào)制器、1*4路光開關(guān)，所述1*4路光開關(guān)分別連接四路波導(dǎo)干涉環(huán)，所述四路波導(dǎo)干涉環(huán)的輸出端均連接第一可調(diào)衰減器，所述第一可調(diào)衰減器連接發(fā)射端復(fù)用器，所述同步激光器依次連接第二可調(diào)衰減器以及發(fā)射端復(fù)用器，所述第一可調(diào)衰減器與第二可調(diào)衰減器連接發(fā)射端復(fù)用器的同一端，所述發(fā)射端驅(qū)動板分別連接信號激光器、強度調(diào)制器、1*4路光開關(guān)、波導(dǎo)干涉環(huán)、同步激光器、第一可調(diào)衰減器以及第二可調(diào)衰減器；

所述接收端包括接收端驅(qū)動板、接收端復(fù)用器、同步探測器、偏振分束器、兩路波導(dǎo)干涉環(huán)以及單光子探測器，所述接收端復(fù)用器通過量子信道連接發(fā)射端復(fù)用器，所述接收端復(fù)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(dǎo)干涉環(huán)，其中，兩路波導(dǎo)干涉環(huán)均連接有兩路單光子探測器，所述接收端驅(qū)動板分別連接同步探測器、波導(dǎo)干涉環(huán)以及單光子探測器。

優(yōu)選地，所述波導(dǎo)干涉環(huán)包括前端耦合器、長臂波導(dǎo)單元、短臂波導(dǎo)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(dǎo)單元以及短臂波導(dǎo)單元，所述長臂波導(dǎo)單元以及短臂波導(dǎo)單元的輸出端分別連接后端耦合器，所述長臂波導(dǎo)單元包括第一耦合器、延時波導(dǎo)以及第二耦合器，所述第一耦合器通過硅波導(dǎo)連接前端耦合器的輸出端，所述第一耦合器通過延時波導(dǎo)連接第二耦合器，所述第二耦合器通過硅波導(dǎo)連接后端耦合器的輸入端，所述短臂波導(dǎo)單元采用硅波導(dǎo)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(dǎo)單元和/或短臂波導(dǎo)單元上設(shè)置有相位調(diào)制器。

優(yōu)選地，所述延時波導(dǎo)為低損耗硅波導(dǎo)、氧化硅波導(dǎo)、SiON波導(dǎo)、Si₃N₄波導(dǎo)以及聚合物波導(dǎo)中的一種或是組合，所述短臂波導(dǎo)單元上設(shè)置有可調(diào)衰減器。

優(yōu)選地，所述信號激光器與同步激光器為同一復(fù)用激光器，所述復(fù)用激光器可采用時分復(fù)用的方式發(fā)射信號光與同步光，所述發(fā)射端復(fù)用器為時分復(fù)用器，所述接收端復(fù)用器為解時分復(fù)用器。

一種基于光開關(guān)控制的量子密鑰分配方法，包括以下步驟：

1)激光器觸發(fā)：發(fā)射端利用同一個時鐘信號分別觸發(fā)信號激光器和同步激光器發(fā)射出信號光與同步光，所述信號光作為調(diào)制光，所述同步光作為同步信號傳輸?shù)浇邮斩擞赏教綔y器響應(yīng)為接收端所用；