[發明專利]相差控制的量子密鑰分發時間比特-相位解碼方法和裝置

有效

• 申請號: 201811267203.1
• 申請日: 2018-10-29
• 公開（公告）號: CN109039626B
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發明（設計）人: 許華醒
• 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;H04B10/70;H04B10/524;H04B10/532;H04B10/556
• 代理公司: 北京匯知杰知識產權代理有限公司 11587
• 代理人: 董江虹;李潔

一種基于90度熔接相差控制的量子密鑰分發時間比特?相位解碼方法和裝置及相應的系統。該方法包括：將輸入光脈沖分束為第一路和第二路光脈沖；對第一路光脈沖進行相位解碼，對第二路光脈沖進行時間比特解碼。對第一路光脈沖進行相位解碼包括：將第一路光脈沖分束為在兩條子光路上傳輸的兩路子光脈沖；將其相對延時后合束輸出，至少一條子光路包含至少一個90度熔接點，控制第一路光脈沖的兩個正交偏振態各自在分束至合束的過程中經兩條子光路傳輸的相位差相差2π的整數倍，并對分束前的第一路光脈沖進行相位調制或者在分束至合束的過程中對兩路子光脈沖之一進行相位調制。本發明能實現環境干擾免疫的時間比特?相位編碼量子密鑰分發方案。

技術領域

本發明涉及光傳輸保密通信技術領域，尤其涉及一種相差控制的量子密鑰分發時間比特-相位解碼方法、裝置及包括該裝置的量子密鑰分發系統。

背景技術

量子保密通信技術是量子物理與信息科學相結合的前沿熱點領域。基于量子密鑰分發技術和一次一密密碼原理，量子保密通信可在公開信道實現信息的安全傳輸。量子密鑰分發基于量子力學海森堡不確定關系、量子不可克隆定理等物理原理，能夠在用戶之間安全地共享密鑰，并可以檢測到潛在的竊聽行為，可應用于國防、政務、金融、電力等高安全信息傳輸需求的領域。

目前，地面量子密鑰分發主要基于光纖信道傳輸，而光脈沖在光纖量子信道傳輸過程中，因光纖制作存在截面非圓對稱、纖芯折射率沿徑向不均勻分布等非理想情況，以及光纖在實際環境中受溫度、應變、彎曲等影響，產生隨機雙折射效應。量子密鑰分發時間-相位協議采用一組時間基和一組相位基編碼，時間基采用兩個不同時間位置的時間模式來編碼，相位基采用前后光脈沖的兩個相位差來編碼。受光纖隨機雙折射的影響，光脈沖經長距離光纖傳輸后到達接收端時，其偏振態發生了隨機變化。時間-相位編碼中的時間基解碼不受偏振態變化的影響，然而相位基在干涉解碼時，因傳輸光纖和編解碼干涉儀光纖雙折射影響，存在偏振誘導衰落問題，導致解碼干涉不穩定，造成誤碼率升高，若增加糾偏設備，增加了系統復雜度和成本，且對架空光纜、路橋光纜等強干擾情況難以穩定應用。對量子密鑰分發時間-相位編碼方案，如何解決時間比特-相位編碼量子密鑰分發應用中相位基解碼時因偏振誘導衰落引起的相位解碼干涉不穩定，以實現穩定高效地進行相位干涉解碼是基于現有光纜基礎設施進行量子保密通信應用的熱點和難題。

發明內容

為解決上述問題至少之一，本發明提出一種基于90度熔接相差控制（也可稱為“相位差控制”）的量子密鑰分發時間比特-相位解碼方法和裝置。

本發明提供至少以下技術方案：

1.?一種基于90度熔接相差控制的量子密鑰分發時間比特-相位解碼方法，其特征在于，所述方法包括：

將入射的任意偏振態的一路輸入光脈沖分束為第一路光脈沖和第二路光脈沖；以及

按照量子密鑰分發協議，對所述第一路光脈沖進行相位解碼并對所述第二路光脈沖進行時間比特解碼，

其中，對所述第一路光脈沖進行相位解碼包括：

將所述第一路光脈沖分束為兩路子光脈沖；以及

分別在兩條子光路上傳輸所述兩路子光脈沖，并將所述兩路子光脈沖作相對延時后合束輸出，所述兩條子光路中的至少一條子光路包括至少兩段保偏光纖，

其中，在所述兩條子光路中的所述至少一條子光路中包含至少一個90度熔接點，所述90度熔接點是通過以下方式形成的：將所述至少一條子光路中的兩段保偏光纖相對旋轉90度，使得一段保偏光纖的慢軸與另一段保偏光纖的快軸對準熔接，并且

其中控制所述第一路光脈沖的兩個正交偏振態中的一個偏振態在分束至合束的過程中經所述兩條子光路傳輸的相位差與另一個偏振態經所述兩條子光路傳輸的相位差使得兩個相位差相差2π的整數倍，并且