[發明專利]一種穩定的量子密鑰分發系統

在審

• 申請號: 202011028418.5
• 申請日: 2020-09-26
• 公開（公告）號: CN112039672A
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發明（設計）人: 沈名軒;王東
• 申請（專利權）人: 神盾迅波（北京）量子科技發展有限公司
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種穩定的量子密鑰分發系統，發送端包括激光器、強度調制器、環形器、發射端干涉儀、波分復用器、光電二極管、第三偏振分束器、第一單光子探測器以及第二單光子探測器，所述激光器依次連接強度調制器、環形器第一端口，所述接收端包括解波分復用器、同步激光器、衰減器以及接收端干涉儀，所述解波分復用器輸入端連接波分復用器輸出端。與現有技術相比，本發明系統非常穩定，可以自動補償偏振變化，同時由于兩個脈沖走了完全相同的路徑，可自動補償相位漂移，因此不需要相位補償和偏振補償，可以抵御設備和信道外部環境的影響，可實現連續穩定運行；本發明可以將光子能量利用率提升至1，即將系統成碼率提高至原始方案的2倍，且易于制作。

技術領域

本發明涉及量子偏振編碼技術領域，特別涉及一種穩定的量子密鑰分發系統。

背景技術

隨著物聯網、云計算、大數據及人工智能的技術發展，未來十年全球將從互聯網+時代邁入萬物互聯網(IoE)時代，伴隨著信息量的爆炸，信息加密安全技術已全面嵌入到政治、經濟、人文領域中，保障政府、企業和個人的信息安全。近年來，隨著量子計算機的提出和發展，對當前基于計算復雜度的經典密碼體制產生巨大的威脅。而量子密鑰分發可以為遠距離的通信雙方提供無條件安全的密鑰分發，其信息理論安全性由量子力學的基本原理來保障。對于一個實用的量子密鑰分發系統來說，能夠持續穩定地輸出量子安全密鑰，以滿足用戶的加密需求，系統的光學以及電子學穩定性是最基本的要求。常用的編碼方式有相位編碼和偏振編碼，偏振編碼由于光纖信道雙折射效應導致光子偏振態隨機變化，需要進行偏振補償。相位編碼系統穩定性要高于前者，但是由于干涉儀存在相位漂移，系統仍需要進行相位補償。偏振和相位補償的實現需要增加額外的硬件或者軟件，增加了系統的復雜度。

發明內容

針對現有技術存在以上缺陷，本發明提供一種穩定的量子密鑰分發系統如下：

本發明的技術方案是這樣實現的：

一種穩定的量子密鑰分發系統，包括發送端與接收端，所述發送端包括激光器、強度調制器、環形器、發射端干涉儀、波分復用器、光電二極管、第三偏振分束器、第一單光子探測器以及第二單光子探測器，所述激光器依次連接強度調制器、環形器第一端口，所述環形器第二端口與發端干涉儀的輸入端口相連并進行45°熔接，所述發端干涉儀的輸出端口連接波分復用器第二輸入口，所述波分復用器第一輸入口連接光電二極管，所述環形器第三端口連接第三偏振分束器的第一端口，所述第三偏振分束器的第三端口、第四端口分別對應連接第一單光子探測器以及第二單光子探測器，所述接收端包括解波分復用器、同步激光器、衰減器以及接收端干涉儀，所述解波分復用器輸入端連接波分復用器輸出端，所述解波分復用器第一輸出端口連接同步激光器，所述解波分復用器第二輸出端口連接衰減器輸入端口，衰減器輸出端口連接接收端干涉儀。

優選地，所述發射端干涉儀包括第一偏振分束器以及第一相位調制器，所述第一偏振分束器的一端口連接第一相位調制器的輸入端，二端口與環形器第二端口相連并進行45°熔接，三端口連接第一相位調制器的輸出端，四端口連接波分復用器第二輸入口，所述接收端干涉儀包括第二偏振分束器、90°法拉第選擇器以及第二相位調制器，所述第二偏振分束器的一端口連接90°法拉第選擇器一端，二端口連接衰減器的輸出端口，三端口連接第二相位調制器的輸出端，所述第二相位調制器的輸入端連接90°法拉第選擇器另一端。

優選地，所述波分復用器與解波分復用器通過保偏光纖連接。

與現有技術相比，本發明有以下有益效果：

本發明系統非常穩定，由于接收端干涉儀的Sagnac結構，可以自動補償偏振變化，同時由于兩個脈沖走了完全相同的路徑，可自動補償相位漂移，因此不需要相位補償和偏振補償，可以抵御設備和信道外部環境的影響，可實現連續穩定運行；本發明可以將光子能量利用率提升至1，即將系統成碼率提高至原始方案的2倍；發射端干涉儀以及接收端干涉儀結構簡單，發射端干涉儀僅由一個2x2偏振分束器和一個相位調制器構成，接收端干涉儀僅由一個1x2偏振分束器、90°法拉第旋轉器和一個相位調制器構成，易于制作。