[發(fā)明專利]用于離散變量量子密鑰分發(fā)的發(fā)射端芯片及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011591251.3
• 申請(qǐng)日: 2020-12-29
• 公開（公告）號(hào): CN112737775B
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 錢懿;胡曉;肖希;王磊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢郵電科學(xué)研究院有限公司;武漢光谷信息光電子創(chuàng)新中心有限公司
• 主分類號(hào): H04L9/08
• 分類號(hào): H04L9/08
• 代理公司: 武漢智權(quán)專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42225
• 代理人: 沈林華

本發(fā)明公開了一種用于離散變量量子密鑰分發(fā)的發(fā)射端芯片及方法，涉及量子密鑰分發(fā)領(lǐng)域。發(fā)射端芯片包括順次相連的脈沖激光器、第一強(qiáng)度調(diào)制器、第二強(qiáng)度調(diào)制器；連接第二強(qiáng)度調(diào)制器的第一相位調(diào)制器、第二相位調(diào)制器；連接第一相位調(diào)制器的第一1×2分束器；連接第二相位調(diào)制器的第二1×2分束器；連接第一1×2分束器相連的延時(shí)波導(dǎo)、第一可調(diào)光衰減器；連接第二1×2分束器的第二可調(diào)光衰減器、第三可調(diào)光衰減器；連接第一可調(diào)光衰減器、第二可調(diào)光衰減器的偏振旋轉(zhuǎn)合成器，連接延時(shí)波導(dǎo)、第三可調(diào)光衰減器的2×1的50：50分束器。本發(fā)明能產(chǎn)生偏振態(tài)編碼DV?QKD和時(shí)間?相位編碼DV?QKD兩種量子態(tài)，只需要一種設(shè)計(jì)和生產(chǎn)方案。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及量子密鑰分發(fā)領(lǐng)域，具體是涉及一種用于離散變量量子密鑰分發(fā)的發(fā)射端芯片及方法。

背景技術(shù)

QKD(Quantum Key Distribution，量子密鑰分發(fā))是一種利用量子物理原理，在通信雙方之間的信道里傳輸和建立保密的對(duì)稱隨機(jī)數(shù)的技術(shù)。該技術(shù)可以和現(xiàn)有的對(duì)稱式密鑰加密設(shè)備結(jié)合，實(shí)現(xiàn)量子保密通信。其中，眾多QKD方案當(dāng)中，以BB84協(xié)議為代表的DV-QKD(Discrete Variable-Quantum Key Distribution，離散變量量子密鑰分發(fā))技術(shù)使用最為廣泛。

一般的單個(gè)物理載體的二元量子態(tài)可以采用圖1中所示的Bloch球(Blochsphere)的球面上的矢量來表示。BB84協(xié)議需要QKD發(fā)射端，可以準(zhǔn)確的產(chǎn)生對(duì)應(yīng)Bloch球面分別和Z軸、X軸、Y軸相交的共6個(gè)相交點(diǎn)的量子態(tài)。其中，Z軸和球面相交的兩個(gè)點(diǎn)，映射在實(shí)際的物理系統(tǒng)里，對(duì)應(yīng)了某個(gè)物理自由度上的兩個(gè)互相正交的狀態(tài)，例如偏振(Polarization)狀態(tài)里的TE模式(Transverse Eectric modes)和TM模式(TransverseMagnetic modes)，或者短脈沖的兩個(gè)不重疊的時(shí)間位置(Time-Bin)模式，對(duì)應(yīng)的DV-QKD實(shí)現(xiàn)方式則分別對(duì)應(yīng)的稱為偏振態(tài)編碼，和時(shí)間-相位(Phase)編碼。

然而，一般的偏振態(tài)編碼DV-QKD，與時(shí)間-相位編碼DV-QKD，在光學(xué)實(shí)現(xiàn)方式上存在較大的差別，在已經(jīng)報(bào)導(dǎo)的集成光學(xué)芯片平臺(tái)的偏振態(tài)編碼DV-QKD和時(shí)間-相位編碼DV-QKD，這兩種實(shí)現(xiàn)方式對(duì)應(yīng)的芯片構(gòu)造是不一樣的。從大批量生產(chǎn)的角度看，一般都需要兩種設(shè)計(jì)和生產(chǎn)方案，導(dǎo)致設(shè)計(jì)和生產(chǎn)成本較高。

發(fā)明內(nèi)容

本申請(qǐng)的目的是為了克服上述背景技術(shù)的不足，提供一種用于離散變量量子密鑰分發(fā)的發(fā)射端芯片及方法，能夠產(chǎn)生偏振態(tài)編碼DV-QKD和時(shí)間-相位編碼DV-QKD兩種量子態(tài)，只需要一種設(shè)計(jì)和生產(chǎn)方案，能夠有效降低設(shè)計(jì)和生產(chǎn)成本。

第一方面，提供一種用于離散變量量子密鑰分發(fā)的發(fā)射端芯片，包括：

順次相連的脈沖激光器、第一強(qiáng)度調(diào)制器、第二強(qiáng)度調(diào)制器；

分別連接第二強(qiáng)度調(diào)制器的第一相位調(diào)制器、第二相位調(diào)制器；

與第一相位調(diào)制器相連的第一1×2分束器，與第二相位調(diào)制器相連的第二1×2分束器；

分別連接第一1×2分束器相連的延時(shí)波導(dǎo)、第一可調(diào)光衰減器，分別連接第二1×2分束器的第二可調(diào)光衰減器、第三可調(diào)光衰減器；

分別連接第一可調(diào)光衰減器、第二可調(diào)光衰減器的偏振旋轉(zhuǎn)合成器，其輸出口作為發(fā)射端芯片的第一外部光纖耦合口；

分別連接延時(shí)波導(dǎo)、第三可調(diào)光衰減器的2×1的50：50分束器，其輸出口作為發(fā)射端芯片的第二外部光纖耦合口，

發(fā)射端芯片產(chǎn)生偏振態(tài)編碼DV-QKD和時(shí)間-相位編碼DV-QKD兩種量子態(tài)。

在一些實(shí)施例中，所述脈沖激光器產(chǎn)生周期為T的脈沖光，第一強(qiáng)度調(diào)制器對(duì)脈沖光進(jìn)行逐個(gè)脈沖的光強(qiáng)細(xì)微調(diào)節(jié)，第二強(qiáng)度調(diào)制器將輸入的光以可調(diào)節(jié)比例的光強(qiáng)分配比，輸出到其本身的兩個(gè)輸出口：A口和B口；