[發明專利]一種用于時間BB84協議的片上解碼器及解碼方法

有效

• 申請號: 201910514794.6
• 申請日: 2019-06-13
• 公開（公告）號: CN110224760B
• 公開（公告）日: 2021-08-13
• 發明（設計）人: 戴進成;楊林;張磊
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H04B10/516
• 分類號: H04B10/516;H04B10/548;H04B10/61;H04B10/70;H04L9/08
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周天宇

一種用于時間BB84協議的片上解碼器及解碼方法，解碼器包括：輸入波導(100)；1×2光分束器(200)，用于將接收到的信號光分成等強度的兩束信號光；光延時線(300)，用于將信號光進行延時；可調光衰減器(400)，用于使信號光的光強與光延時線(300)延時后的信號光的光強一致；相位偏置調制器(500)，用于調節接收到的信號光的相位；2×2干涉耦合器(600)，用于對接收到的信號光進行厄米運算；輸出波導(700)，用于將信號光輸出。該片上解碼器及解碼方法可以對滿足時間BB84協議的任意四種量子態信號光進行被動解調，且對于光纖信道和干涉環路中的相位漂移，該器件可通過片上調控實現精確補償。

技術領域

本發明涉及量子通信與集成光學技術領域，尤其涉及一種用于時間BB84協議的片上解碼器及解碼方法。

背景技術

量子密碼是量子力學和密碼學相結合的產物，它解決了經典密碼體制的密鑰分配的難題。其利用量子力學基本原理——測不準原理和單量子態不可克隆定理，保證了在密鑰分配過程中，公開信道中的數據不必擔心被竊聽。目前公認的量子密鑰分發裝置主要是基于傳統的分立光學棱鏡或光纖器件，體積大，難以集成，成本高，不利于大規模的商業化。隨著硅基光子學的發展，分立光學器件的功能逐漸可在片上實現，從而方便集成，同時利用成熟的硅器件加工平臺，可以實現大規模低成本的量產。于是人們開始嘗試將量子密鑰分發裝置所需的器件和子系統集成在片上。對于時間BB84協議量子密鑰分發，其解調端的設置一般與發射端所制備的量子態所對應，即解調端的探測基與發射端的制備基一致，無法對不同制備基的BB84協議進行解調。同時由于一般系統中的色散、溫度抖動、干涉環不穩定等效應會不可避免的導致相位漂移，因此，傳統方案需要在QKD系統中加入恒溫、減震措施并對系統參數做實時監控以減少相位漂移，這會導致額外成本以及碼率犧牲。

發明內容

(一)要解決的技術問題

基于上述技術問題，本發明提供了一種用于時間BB84協議的片上解碼器及解碼方法，用于解決傳統方案中分立元件體積大、成本高以及現有技術中無法對不同制備基下時間BB84協議進行解調、無法實現片上相位補償等問題。

(二)技術方案

第一方面，本發明提供了一種用于時間BB84協議的片上解碼器，包括：輸入波導100，用于輸入待解碼信號光；

1×2光分束器200，包括第一光分束器201、第二光分束器202以及第三光分束器203，其中，第一光分束器201用于將待解碼信號光分成等強度的兩束信號光；

光延時線300，用于對第一光分束器201輸出的等強度的兩束信號光中的一束信號光進行延時；

可調光衰減器400，用于對第一光分束器201輸出的等強度的兩束信號光中的另一束信號光的強度進行衰減；

相位偏置調制器500，包括第一相位偏置調制器501、第二相位偏置調制器502及第三相位偏置調制器503，分別用于調節各自接收的信號光的相位，其中，第一相位偏置調制器501用于對可調光衰減器400衰減后的另一束信號光的相位進行調節；

2×2干涉耦合器600，包括第一干涉耦合器601、第二干涉耦合器602及第三干涉耦合器603，分別用于對接收到的信號光進行厄米運算，其中，第一干涉耦合器601用于對光延時線300延時后的一束信號光及第一相位偏置調制器501相位調節后的另一束信號光進行厄米運算，將運算后的一束信號光經過第二相位偏置調制器502進行相位調節后傳輸至第二干涉耦合器602，將運算后的另一束信號光直接傳輸至第二干涉耦合器602；第二干涉耦合器602對其接收的兩束信號光進行運算，將運算后的一束信號光傳輸至第二光分束器202分束成等強度的兩束信號光，將運算后的另一束信號光傳輸至第二光分束器203分束成等強度的兩束信號光；