[發明專利]一種量子保密通信光路

在審

• 申請號: 201811496007.1
• 申請日: 2018-12-07
• 公開（公告）號: CN109257109A
• 公開（公告）日: 2019-01-22
• 發明（設計）人: 孫仕海
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: H04B10/70
• 分類號: H04B10/70;H04B10/85
• 代理公司: 湖南省國防科技工業局專利中心 43102
• 代理人: 馮青

1.一種量子保密通信光路，僅需要2個相位調制器就實現量子通信所需全部量子態的制備，解決干涉儀雙臂損耗不匹配的問題，其特征在于，采用自穩定環路干涉儀來實現編碼不等臂干涉儀兩路光的制備；

所述自穩定環路干涉儀是指由2*2分束器端口②、端口③、偏振分束器、相位調制器I和法拉第鏡構成的往返式環路干涉儀；

所述編碼不等臂干涉儀是指由2*2分束器端口①、端口④、環形器、相移器、1*2合束器構成的不等臂干涉儀；

所述編碼不等臂是該編碼不等臂干涉儀的長臂和短臂光纖長度不相等；

所述長臂是指從2*2分束器端口④到1*2合束器端口②的光纖長度；

所述短臂是指從2*2分束器端口①到環形器端口②、再到環形器端口③、再到1*2合束器端口③的光纖長度；

通過調節自穩定環路干涉儀中相位調制器I的驅動電壓實現光信號到編碼不等臂干涉儀長臂、短臂、長臂和短臂相干疊加三個狀態的自由切換，從而制備出量子保密通信所需六個量子態中的三個量子態，同時通過調節自穩定環路干涉儀中相位調制器I的半波電壓調節編碼不等臂干涉儀兩臂光的強度，從而解決編碼干涉儀雙臂損耗不匹配的問題，然后，通過在編碼不等臂干涉儀的輸出端口接入一個相位調制器Ⅱ即實現量子保密通信所需六個量子態中剩余三個量子態的制備。

2.根據權利要求1所述的一種量子保密通信光路，其特征在于，量子保密通信光路發送方輸入輸出實現過程為：

（1）、激光器產生光脈沖信號輸入到強度調制器，強度調制器隨機調制光脈沖的幅度以產生量子保密通信所需的誘騙態，強度調制器的輸出光脈沖信號輸入到環形器的端口①，并從環形器的端口②輸出；

（2）、環形器的端口②輸出的光信號輸入2*2分束器的端口①，50%光信號從2*2分束器的端口②輸出，50%的光信號從2*2分束器的端口③輸出；

（3）、2*2分束器端口②輸出的光信號輸入到偏振分束器的端口②，然后從偏振分束器的端口①輸出，然后再輸入到相位調制器Ⅰ和法拉第鏡，法拉第鏡反射光信號后再次經過相位調制器Ⅰ并輸入到偏振分束器的端口①，由于法拉第鏡的作用，返回光信號的偏振將垂直于輸入光信號的偏振，因此，返回到偏振分束器端口①的光信號將從偏振分束器的端口③輸出，同理，2*2偏振分束器端口③輸出的光信號經偏振分束器、相位調制器Ⅰ和法拉第鏡作用后將從偏振分束器的端口②輸出，偏振分束器的端口②和端口③返回的光信號將分別到達2*2分束器的端口②和端口③，并發生干涉；

（3）、根據干涉理論，通過調節相位調制器Ⅰ的驅動電壓就可以控制干涉后的光信號從2*2分束器的端口①或者端口④輸出，當相位調制器Ⅰ調制電壓為0V時，光信號將全部從2*2分束器的端口①輸出；當相位調制器Ⅰ調整電壓為Vpi時（Vpi為相位調制器Ⅰ的半波電壓），光信號將全部從2*2分束器的端口④輸出；當相位調制器Ⅰ調整電壓為Vpi/2時，將有50%的光信號從2*2分束器端口①輸出，50%的光信號從2*2分束器的端口④輸出，因此，從而調節相位調制器Ⅰ的調整電壓，就可以任意控制2*2分束器的端口①和端口④輸出光強的比例，從而制備出量子保密通信所需的三個量子態；

（4）、2*2分束器端口④輸出光信號經相移器后輸入1*2合束器端口②，然后從1*2合束器端口①輸出；2*2分束器端口①輸出光信號輸入環形器端口②，然后從環形器端口③輸出后輸入1*2合束器端口③，然后再從1*2合束器的端口①輸出；

（5）、1*2合束器的端口①輸出光信號輸入相位調制器Ⅱ，由于從2*2分束器的端口④至1*2合束器的端口②的光纖長度不等于2*2分束器端口①至1*2合束器的端口③的光纖長度，因此每個激光器在1*2合束器的端口①輸出時將在時序上分裂為2個脈沖，相位調制器在第一個脈沖上加載調制相位，從而制備出量子保密通信所需的剩下三個量子態；

（6）、相位調制器Ⅱ的輸出信號輸入濾波器，以避免量子態信號在光譜上存在邊帶信息泄露；

（7）、濾波器輸出信號輸入衰減器，以保證發送方所輸出光信號的強度在單光子水平；

（8）、衰減器輸出信號作為發送方的最終輸出信號輸入光纖信道，以發送給接收方。

3.根據權利要求1所述的一種量子保密通信光路，其特征在于，量子保密通信光路接收方輸入輸出實現過程為：

（1）、從量子信道輸出的光脈沖信號輸入擾偏器，以隨機改變光信號的偏振狀態，從而確保光信號在偏振維度上為混合態；

（2）、擾偏器輸出信號輸入1:99分束器的端口①，1%的光信號從1:99分束器的端口③輸出，并輸入光電探測去，從而實現信道強光監控，以保證系統的安全性，99%的光信號從1:99分束器的端口②輸出作為量子信號；

（3）、1:99分束器的端口②輸出信號輸入濾波器，以避免波長相關的量子黑客攻擊；

（4）、濾波器輸出信號輸入隔離器，以防止木馬相關量子黑客攻擊；

（5）、隔離器輸出信號輸入偏振分束器的端口①，由于擾偏器的作用，50%的光信號將從偏振分束器的端口③輸出，50%的信號將從偏振分束器的端口②輸出，從偏振分束器的端口③輸出信號輸入單光子探測器Ⅰ，從而實現量子保密通信所需Z基的測量，從偏振分束器的端口②輸出信號輸入相位調制器Ⅲ，并被相位調制器Ⅲ調制，然后經過不等臂干涉儀和單光子探測器Ⅱ，從而實現量子保密通信所需X基和Y基的測量。