[發明專利]具有低損耗色散限制光纖的量子密鑰分發系統

在審

• 申請號: 201980090232.1
• 申請日: 2019-11-12
• 公開（公告）號: CN113348637A
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發明（設計）人: 李明軍;D·A·諾蘭
• 申請（專利權）人: 康寧股份有限公司
• 主分類號: H04B10/2507
• 分類號: H04B10/2507;H04B10/2513;H04B10/70;H04L9/08
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 張鑫;侯穎媖

一種量子通信系統，包括量子密鑰生成系統，該量子密鑰生成系統具有光子量子位發生器、具有長度L的低損耗色散限制光纖(例如大于200km)和光子檢測器單元，以及通信網絡，該通信網絡具有信號發生器、信號信道和信號接收器。低損耗色散限制光纖在光子量子位發生器和光子檢測器單元之間延伸，并光學地耦合光子量子位發生器和光子檢測器單元。此外，該低損耗色散限制光纖在結構上被配置為限制以約9ps/(nm)km或更小(并且優選地0.5ps/(nm)km或更小)的絕對色散率的色散，并且誘發以約0.175dB/km或更小的衰減率的衰減，使得由該光子量子位發生器輸出的多個光子的量子密鑰位信息能在光子檢測器單元處以至少10Gbit/sec的比特率被接收。

相關申請的交叉引用

本申請根據35U.S.C.§119要求于2018年11月27日提交的美國臨時申請序列No.62/771,711的優先權，本申請基于該臨時申請的內容并且該臨時申請的內容通過引用整體并入本文。

背景技術

本公開涉及具有低損耗色散限制光纖的量子通信系統。更具體地，本公開涉及包括量子密鑰生成系統的量子通信系統，該量子密鑰生成系統具有使用低損耗色散限制光纖光學地耦合以用于提供增加的量子密鑰比特率的部件。

發明內容

根據本公開的一些實施例，一種量子系統包括：

量子密鑰系統，所述量子密鑰系統包括光子量子位發生器、低損耗色散限制光纖和光子檢測器單元；以及

信號接收器；其中：

所述低損耗色散限制光纖在所述光子量子位發生器和所述光子檢測器單元之間延伸并且光學地耦合所述光子量子位發生器和所述光子檢測器單元，所述低損耗色散限制光纖具有長度L(例如，L在100km與2000km之間，或在200km與1000km之間)；

所述光子量子位發生器在結構上被配置為輸出多個光子，所述多個光子中的每個光子包括量子密鑰位信息；

所述光子檢測器單元在結構上被配置為接收所述多個光子的所述量子密鑰位信息；

所述信號接收器通信地耦合到所述光子檢測器單元，并且在結構上被配置為在接收到所述信號時將所述一個或多個信號位與所述量子密鑰位信息進行比較；以及

低損耗色散限制光纖包括芯和圍繞所述芯的包層，并且在結構上被配置為限制具有約1550nm的波長的光子脈沖以約9ps/(nm)km或更小的絕對色散率的色散，并且誘發包括約1550nm的所述波長的光子以約0.175dB/km或更小的衰減率的衰減，使得由所述光子量子位發生器輸出的所述多個光子的所述量子密鑰位信息能在所述光子檢測器單元處以至少10Gbit/sec的比特率被接收。

根據本公開的一些實施例里，一種量子通信系統包括：量子密鑰生成系統，該量子密鑰生成系統具有光子量子位發生器、低損耗色散限制光纖、以及光子檢測器單元、以及通信網絡，該通信網絡具有信號發生器、信號通道和信號接收器。低損耗色散限制光纖在光子量子位發生器和光子檢測器單元之間延伸，并光學地耦合光子量子位發生器和光子檢測器單元。所述光子量子位發生器在結構上被配置為輸出多個光子，所述多個光子中的每個光子包括量子密鑰位信息。光子檢測器單元在結構上被配置為接收該多個光子的量子密鑰位信息。所述信號通道在所述信號發生器和所述信號接收器之間延伸并通信地耦合所述信號發生器和所述信號接收器。所述信號發生器在結構上被配置為輸出包括一個或多個信號位的信號。信號接收器通信地耦合到光子檢測器單元，并且在結構上被配置為在接收到信號時將該一個或多個信號位與量子密鑰位信息進行比較。此外，該低損耗色散限制光纖具有長度L200km，并且包括芯和圍繞該芯的包層。低損耗色散限制光纖在結構上被配置為限制包括約1550nm的波長的光子以約9ps/(nm)km或更小的絕對色散率的色散，并且誘發具有約1550nm的所述波長的光子脈沖以約0.175dB/km或更小的衰減率的衰減，使得由所述光子量子位發生器輸出的多個光子的量子密鑰位信息能在所述光子檢測器單元處以至少約10Gbit/sec的比特率被接收。根據一些實施例，量子密鑰生成系統的速率的密鑰速率至少為10kbit/sec。