[發(fā)明專利]一種高效的量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)及方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011028417.0
• 申請(qǐng)日: 2020-09-26
• 公開（公告）號(hào): CN112039671A
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 沈名軒;王東
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 神盾迅波（北京）量子科技發(fā)展有限公司
• 主分類號(hào): H04L9/08
• 分類號(hào): H04L9/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種高效的量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)，包括發(fā)送端與接收端，所述發(fā)送端包括依次連接的激光器、誘騙態(tài)調(diào)制模塊、發(fā)射端干涉儀以及衰減器，所述接收端包括依次連接的糾偏模塊、接收端干涉儀、第三偏振分束器以及第一單光子探測器、第二單光子探測器，所述衰減器的輸出端與糾偏模塊的輸入端連接，本發(fā)明還提供了一種量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)方法。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明高效的量子密鑰分發(fā)方法通過干涉儀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以將光能量利用率提升至100％，即將QKD系統(tǒng)成碼率提高至原始方案的2倍；發(fā)射端干涉儀結(jié)構(gòu)簡單，僅由一個(gè)偏振分束器和一個(gè)相位調(diào)制器構(gòu)成，易于制作，且接收端干涉儀結(jié)構(gòu)與發(fā)射端干涉儀完全相同，便于批量制作。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及量子偏振編碼技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高效的量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

量子密鑰分發(fā)可以為遠(yuǎn)距離的通信雙方提供無條件安全的密鑰分發(fā)，其信息理論安全性由量子力學(xué)的基本原理來保障。然而目前QKD系統(tǒng)的密鑰產(chǎn)生速率較低，無法滿足現(xiàn)有傳統(tǒng)光纖通信的加密需求。常規(guī)的相位編碼方案為不等臂馬赫-增德爾干涉儀方案(美國專利U5307410)。在該方案中，發(fā)射端光脈沖經(jīng)過不等臂干涉儀之后分成前后兩個(gè)子脈沖，到達(dá)接收端后又經(jīng)過一個(gè)相同的干涉儀進(jìn)一步變成四個(gè)脈沖，不考慮器件損耗的情況下，每個(gè)脈沖的光功率為總光功率的1/4。其中兩個(gè)脈沖經(jīng)過的光程相同(走“長臂+短臂”和“短臂+長臂”的路徑)，會(huì)在收端干涉儀第二個(gè)分束器進(jìn)行干涉，另外兩個(gè)脈沖分別走“長臂+長臂”和“短臂+短臂”的路徑不參與干涉而被舍棄。因此干涉峰的光功率為總光功率的1/2，即該方案的光能量利用率為1/2，而最終的安全密鑰率與其成正比。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在以上缺陷，本發(fā)明提供一種高效的量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)及方法如下：

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種高效的量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)，包括發(fā)送端與接收端，所述發(fā)送端包括依次連接的激光器、誘騙態(tài)調(diào)制模塊、發(fā)射端干涉儀以及衰減器，所述接收端包括依次連接的糾偏模塊、接收端干涉儀、第三偏振分束器以及第一單光子探測器、第二單光子探測器，所述衰減器的輸出端與糾偏模塊的輸入端連接。

優(yōu)選地，所述誘騙態(tài)調(diào)制模塊包括保偏分束器以及第一相位調(diào)制器，所述保偏分束器的一端口連接第一相位調(diào)制器的輸入端，二端口連接激光器的輸出端，三端口連接第一相位調(diào)制器的輸出端，所述發(fā)射端干涉儀包括第一偏振分束器以及第二相位調(diào)制器，所述第一偏振分束器的一端口連接第二相位調(diào)制器的輸入端，二端口與保偏分束器的四端口進(jìn)行45°旋轉(zhuǎn)熔接，三端口連接第二相位調(diào)制器的輸出端，四端口連接衰減器輸入端，所述接收端干涉儀包括第二偏振分束器和第三相位調(diào)制器，所述第二偏振分束器的一端口連接第三相位調(diào)制器的輸入端，二端口連接糾偏模塊的輸出端，三端口連接第三相位調(diào)制器的輸出端，四端口與第三偏振分束器的輸入端進(jìn)行45°旋轉(zhuǎn)熔接，所述第三偏振分束器三端口、四端口分別對(duì)應(yīng)連接第一單光子探測器、第二單光子探測器。

優(yōu)選地，所述衰減器的輸出端與糾偏模塊的輸入端通過保偏光纖連接。

本發(fā)明還提供了一種高效的量子密鑰分發(fā)方法，包括以下步驟：

1)激光器觸發(fā)：脈沖激光器通過觸發(fā)信號(hào)以一定重復(fù)頻率產(chǎn)生一系列的脈沖光；

2)誘騙態(tài)調(diào)制：光脈沖通過誘騙態(tài)調(diào)制模塊被其進(jìn)行隨機(jī)強(qiáng)度調(diào)制，成為信號(hào)態(tài)、誘騙態(tài)或者真空態(tài)；

3)發(fā)送端編碼：經(jīng)過強(qiáng)度調(diào)制的光脈沖進(jìn)入發(fā)送端干涉儀產(chǎn)生前后兩個(gè)光脈沖，由第二相位調(diào)制器進(jìn)行隨機(jī)相位調(diào)制，使得兩個(gè)脈沖之間的相位差分別為0，π/2，π，3π/2；

4)衰減器：衰減器將光脈沖衰減至單光子量級(jí)；

5)接收端解碼：光信號(hào)通過光纖信道傳輸之后進(jìn)入接收端，先通過糾偏模塊補(bǔ)償偏振變化，然后進(jìn)入接收端干涉儀，通過第三相位調(diào)制器隨機(jī)調(diào)制相位0，π/2，進(jìn)行解碼得到不同的光子偏振態(tài)，并用第三偏振分束器對(duì)偏振態(tài)進(jìn)行測量；