[發明專利]基于偏振正交旋轉的相位解碼方法、裝置和量子密鑰分發系統

有效

• 申請號: 201811267635.2
• 申請日: 2018-10-29
• 公開（公告）號: CN109120402B
• 公開（公告）日: 2023-09-15
• 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

一種基于偏振正交旋轉的相位解碼方法、裝置和量子密鑰分發系統。該方法包括：將任意偏振態的一路輸入光脈沖分束為兩路光脈沖分別沿兩條光路傳輸后合束輸出，在至少一條光路中包含至少一個偏振正交旋轉裝置，其被配置用于將經其傳輸的一路光脈沖的兩個正交偏振態分別進行偏振正交旋轉，使得該一路光脈沖的每個偏振態分別變換成與其正交的偏振態，控制輸入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兩條光路傳輸的相位差與另一個偏振態經兩條光路傳輸的相位差，使得兩個相位差相差2π的整數倍。本發明通過對兩條光路至少之一上采用偏振正交旋轉裝置，更容易實現穩定解碼的相位差要求，從而實現抗環境干擾的穩定相位解碼。

技術領域

本發明涉及光傳輸保密通信技術領域，尤其涉及一種基于偏振正交旋轉的相位解碼方法、裝置和量子密鑰分發系統。

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，量子密鑰分發的編碼方案主要采用偏振編碼和相位編碼。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。采用偏振編碼時，受光纖隨機雙折射的影響，偏振編碼的量子態經長距離光纖傳輸后到達接收端時，光脈沖偏振態發生了隨機變化，造成誤碼率升高，需要增加糾偏設備，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。相比偏振編碼，相位編碼采用前后光脈沖的相位差來編碼信息，在長距離光纖信道傳輸過程中能夠穩定保持。然而相位編碼方案在干涉解碼時，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。同樣，若增加糾偏設備，雖然只需要對一種偏振態進行糾偏，但也增加系統復雜度和成本。對量子密鑰分發相位編碼方案，如何穩定高效地進行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

本發明的主要目的在于提出一種基于偏振正交旋轉的相位解碼方法、裝置和量子密鑰分發系統，用以解決上述問題至少之一。

為實現上述目的，本發明提供至少以下技術方案：

1.一種基于偏振正交旋轉的量子密鑰分發相位解碼方法，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兩路光脈沖；

分別在兩條光路上傳輸所述兩路光脈沖，并將所述兩路光脈沖進行相對延時后合束輸出；

其中，對分束前的所述輸入光脈沖或者在分束至合束的過程中對所述兩路光脈沖中的至少一路光脈沖按照量子密鑰分發協議進行相位調制，

其中，在所述兩條光路中的至少一條光路中包含至少一個偏振正交旋轉裝置，所述偏振正交旋轉裝置被配置用于將經其傳輸的一路光脈沖的兩個正交偏振態分別進行偏振正交旋轉，使得經由該偏振正交旋轉裝置后，該一路光脈沖的兩個正交偏振態中的每個偏振態分別變換成與其正交的偏振態，并且，

其中，控制所述輸入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光路傳輸的相位差與另一個偏振態經所述兩條光路傳輸的相位差使得兩個相位差相差2π的整數倍。

2.根據方案1所述的基于偏振正交旋轉的量子密鑰分發相位解碼方法，其特征在于，所述兩條光路包括對于所述兩個正交偏振態存在雙折射的光路，和/或所述兩條光路上具有對于所述兩個正交偏振態存在雙折射的光器件，其中所述控制所述輸入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光路傳輸的相位差與另一個偏振態經所述兩條光路傳輸的相位差使得兩個相位差相差2π的整數倍，包括：