[發明專利]一種解碼器和時間編碼量子密鑰分發解碼方法

有效

• 申請號: 201911018030.4
• 申請日: 2019-10-24
• 公開（公告）號: CN110752922B
• 公開（公告）日: 2022-12-13
• 發明（設計）人: 陳華;姚天問;張奔;張志;張波;徐戰
• 申請（專利權）人: 四川航天系統工程研究所
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08;H04B10/532;H04B10/70
• 代理公司: 四川省成都市天策商標專利事務所(有限合伙) 51213
• 代理人: 張秀敏

本發明公開了一種解碼器，包括偏振調制器、偏振分束器、不等臂干涉環、法拉第反射鏡和單光子探測器，其中：偏振調制器用于輸入量子信號并輸出至偏振分束器，偏振分束器將量子信號分成第一分量和第二分量后分別輸出至法拉第反射鏡和不等臂干涉環，單光子探測器連接偏振分束器。還公開了一種方法，包括量子信號先經過偏振調制器、偏振分束器被分成第一分量和第二分量；第一分量直接生成Z基解碼信號，第二分量經過不等臂干涉環生成Z基解碼信號和X基解碼信號，再利用偏振耦合器耦合后分別進入同一個單光子探測器進行探測。本發明可獲得能量比值任意可調的X基和Z基解碼信號，并且將單光子探測器使用數量降至1個，可大幅降低成本。

技術領域

本發明涉及量子信息技術領域，具體的說，是一種解碼器和時間編碼量子密鑰分發解碼方法。

背景技術

量子密鑰分發是唯一在理論上具有無條件安全性的密鑰傳輸形式，目前已經處在產業化的邊緣。它的編碼方式主要有時間編碼、相位編碼和偏振編碼三種，分別將信息編碼在光的相對到達時間、相對相位和偏振態上。在光纖傳輸中，由于受到雙折射效應的影響，光的偏振態會發生隨機變化，而光出現的時間窗(相對到達時間)和它的相對相位則更加穩定。時間編碼量子密鑰分發利用了時間窗和相對相位分別進行編碼和誤碼率估計，具有結構簡單、穩定且密鑰生成率高的優點。比如，僅制備三個量子態的時間編碼方案(Boaron Aet al.Simple 2.5GHz time-bin quantum key distribution[J].Applied PhysicsLetters，2018，112(17).)將200Km通信距離上的量子密鑰生成率世界紀錄提升了一個數量級。這三個態中，時間窗只靠前(前脈沖)或只靠后(后脈沖)的量子態為Z基編碼，可分別編碼為經典比特1和0，前后脈沖同時存在且相對相位固定的量子態為X基編碼。X基編碼的量子態僅用于誤碼率估計，由于其相對相位固定，因而無需主動相位調制，避免了相位調制器帶來的成本、插入損耗和非完美性引起的誤碼率，大大簡化了系統復雜度。然而，上述方案還存在以下兩個主要缺點：1、由于光分束器的分束比固定，接收端的解碼器被動選擇Z基和X基測量(解碼)的概率比值不可調，因而不能通過修改該比值來優化不同量子信道損耗下的量子密鑰生成率；2、針對Z基和X基測量，接收端的解碼器分別采用了不同的單光子探測器(非經典通信器，價格較高)，導致系統成本上升。

發明內容

本發明的目的在于提供一種解碼器和時間編碼量子密鑰分發解碼方法，用于解決現有技術中不能通過修改Z基和X基的概率比值優化不同量子信道損耗下的量子密鑰生成率以及解碼器不能采用同一單光子探測器導致系統成本較高的問題。

本發明通過下述技術方案解決上述問題：

一種解碼器，包括偏振調制器、偏振分束器、不等臂干涉環、法拉第反射鏡和單光子探測器，其中：

所述偏振調制器用于輸入經過量子信道傳輸后的量子信號；

所述偏振分束器包括第一輸入端、第二輸入端、第一輸出端和第二輸出端，所述第一輸入端連接所述偏振調制器的輸出端，用于將量子信號分成第一分量和第二分量，所述第一分量通過所述第一輸出端輸出至所述法拉第反射鏡，所述第二分量通過所述第二輸出端輸出至所述不等臂干涉環；

所述單光子探測器連接所述偏振分束器的第二輸入端。

偏振調制器通過調制量子信號的偏振態可任意調節所述第一分量和第二分量的能量比例，當量子信號為Z基編碼時，所述第一分量直接作為Z基解碼信號，所述第二分量進入所述不等臂干涉環后形成的時間上可區分來源的部分也作為Z基解碼信號；當量子信號為X基編碼時，所述第二分量進入所述不等臂干涉環后發生干涉的部分生成X基解碼信號；由于法拉第反射鏡的反射和90度偏振旋轉作用，所述第一分量和第二分量都將返回所述偏振分束器并被耦合至其第二輸入端輸出；所述單光子探測器連接所述偏振分束器的第二輸入端，用于探測所述Z基和X基解碼信號。因此，不僅實現了Z基解碼信號和X基解碼信號的概率比值，而且，可采用同一單光子探測器來探測Z基解碼信號和X基解碼信號，將單光子探測器的數量將至1個，降低了系統成本。