[發明專利]用于量子密鑰分發的相位編碼裝置及量子密鑰分發系統

有效

• 申請號: 202111279253.3
• 申請日: 2021-11-01
• 公開（公告）號: CN113708932B
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發明（設計）人: 齊若琳;蔣荻;席鵬
• 申請（專利權）人: 浙江九州量子信息技術股份有限公司
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08;H04B10/70;H04B10/556
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• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種用于量子密鑰分發的相位編碼裝置，包括第一激光器L1、第二激光器L2、不等臂偏振干涉儀、第一光路選擇元件OS1、第二光路選擇元件OS2以及四分之一波片QWP。第一光路選擇元件OS1和第二光路選擇元件OS2構成等臂馬赫曾德爾干涉儀，四分之一波片QWP位于等臂馬赫曾德爾干涉儀的其中一臂上，本發明還提供了一種量子密鑰分發系統。與現有技術相比，本發明的一種相位編碼裝置，無需相位調制器，即可制備出4種BB84協議要求的相位編碼態，并且兩個時間模式的偏振相互垂直，易于通過偏振選擇來消除非干涉分量，提高能量利用率。不僅可以降低編碼裝置的成本和復雜度，還能夠提高量子密鑰分發系統的安全成碼率。

技術領域

本發明涉及量子相位編碼技術領域，特別涉及一種用于量子密鑰分發的相位編碼裝置及量子密鑰分發系統。

背景技術

量子密鑰分發（quantum key distribution，QKD）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。目前，BB84協議量子密鑰分發系統日益成熟，已走向實用化。BB84協議常用的編碼方式為偏振編碼和相位編碼。由于光纖信道存在雙折射效應，容易受環境影響導致光子偏振態隨機變化，偏振編碼方式不夠穩定，因此多采用相位編碼。如圖1所示，常規的相位編碼方案采用不等臂馬赫曾德爾干涉儀或法拉第邁克爾遜干涉儀，在其中一臂加入相位調制器來隨機調制長短臂的相位差，從而制備4種量子態。相位調制器存在較高的插入損耗和成本較高，且調節4種相位需要對其加載4種電壓，增加了系統的成本和復雜度。

另外，由于在采用常規不等臂干涉儀的方案中，發射端光脈沖經過不等臂干涉儀之后分成前后兩個子脈沖，到達接收端后經過一個相同的干涉儀進一步變成四個脈沖，不考慮器件損耗的情況下，每個脈沖的能量為總能量的1/4。其中兩個脈沖經過的光程相同（走“長臂+短臂”和“短臂+長臂”的路徑），會在接收端干涉儀第二個分束器進行干涉，另外兩個脈沖分別走“長臂+長臂”和“短臂+短臂”的路徑不參與干涉而被舍棄。因此干涉峰的能量為總能量的1/2，即常規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。為了提高系統的安全密鑰率，需要提高進一步干涉儀的能量利用率。

發明內容

針對現有技術存在以上缺陷，本發明提出一種用于量子密鑰分發的相位編碼裝置及量子密鑰分發系統，用以解決現有技術中量子密鑰分發系統對相位調制器驅動電路要求高、成本和復雜度高等技術缺陷，以及采用偏振復用來提高干涉儀能量利用率，進而可以提高系統的安全成碼率。

本發明提供一種用于量子密鑰分發的相位編碼裝置及密鑰分發系統如下：

本發明的技術方案是這樣實現的：

一種用于量子密鑰分發的相位編碼裝置，包括第一激光器L1、第二激光器L2、不等臂偏振干涉儀、第一光路選擇元件OS1、第二光路選擇元件OS2以及四分之一波片QWP，所述第一激光器L1和第二激光器L2分別與不等臂偏振干涉儀的第一端口、第二端口相連，所述不等臂偏振干涉儀的第三端口與第一光路選擇元件OS1的第一端口相連，第一光路選擇元件OS1和第二光路選擇元件OS2構成等臂馬赫曾德爾干涉儀，四分之一波片QWP位于等臂馬赫曾德爾干涉儀的其中一臂上，所述第二光路選擇元件OS2的第三端口作為相位編碼裝置的輸出端口輸出編碼光脈沖，

所述第一激光器L1和第二激光器L2產生的光脈沖分別通過不等臂偏振干涉儀產生具有一定時間差的前后兩個光脈沖，前一個光脈沖為水平偏振，后一個光脈沖為豎直偏振，第一激光器L1產生的前后兩個光脈沖相位差為π，第二激光器L2產生的前后兩個光脈沖相位差為0，四分之一波片QWP對豎直偏振引入額外的π?2相位，通過第一激光器L1和第二激光器L2是否觸發，結合第二光路選擇元件OS2、第三光路選擇元件OS3的光路選擇可以產生偏振相互垂直的前后兩個脈沖，并且可制備相位編碼所需的相位差0，π?2，π，3π?2。