一种测量设备无关相位匹配量子密钥分发装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种测量设备无关相位匹配量子密钥分发装置，具体是一种基于相位编码的测量设备无关的量子密钥分发方案。合法通信双方将相位信息编码在光场上然后发送给第三方进行一阶干涉测量。本发明专利技术引入了参考相位信息，从而避免了使用全局相位，也就不需要进行激光器的相位锁定。参考相位信息可以由第三方提供，也可以由通信双方发送相位参考脉冲在第三方进行测量获得。

A Measuring Device-Independent Phase-Matched Quantum Key Distribution Device

The invention discloses a measurement device independent phase matching quantum key distribution device, in particular a measurement device independent quantum key distribution scheme based on phase coding. The legitimate communication parties encode the phase information in the optical field and send it to the third party for first-order interference measurement. By introducing reference phase information, the present invention avoids the use of global phase and does not require phase locking of lasers. Reference phase information can be provided by a third party or measured by a third party by sending a phase reference pulse from both sides of the communication.

【技术实现步骤摘要】
一种测量设备无关相位匹配量子密钥分发装置
本申请涉及量子密钥分发领域，具体涉及一种测量设备无关相位匹配量子密钥分发装置。
技术介绍
一次一密加密算法是目前已知的被证明绝对安全的通信方式，但是由于在通信过程中需要消耗大量的密钥，因此，保证密钥的安全分发就成为保证通信安全的关键。量子密钥分发基于量子力学基本原理可实现安全性可证明的密钥分发。从1984年提出第一个量子密钥分发方案以来，已经有多个密钥分发方案被提出，部分方案已经实现了商业化。但是，受限于信道损耗以及探测器量子效率等因素，量子密钥分发的通信距离和码率的进一步提高都受到限制。目前实验上最远的通信距离自由空间为1200km，光纤系统为421km。进一步提高通信距离就需要使用量子中继器，但是由于量子中继器要求长时间的量子存储和高保真度，实验上难以实现。近期提出的测量设备无关相位匹配量子密钥分发方案（又称Twin-Field量子密钥分发方案）利用两个相干光场进行一阶干涉成码，突破了之前对于量子密钥分发通信距离的限制，该方案中码率和通信距离（或者信道损耗）开方成正比的关系，从而大大提高了通信距离和码率。但是由于该方案要求通信双方激光器进行相位锁定，大大增加了实验难度。因此，需要一种更易实现的实验方案。
技术实现思路
本专利技术提出一种测量设备无关相位匹配量子密钥分发方法，用于解决量子密钥分发通信距离短，码率低的问题。为达到上述技术目的，本专利技术提供一种测量设备无关相位匹配量子密钥分发装置，包括：合法的第一通信端和第二通信端，及不可信的第三方检测端；其中，所述第一通信端和第二通信端用于进行量子态的制备，均包括相位调制器和光衰减器；第一通信端和第二通信端根据所执行的量子密钥分发协议通过相位调制器对信号脉冲光进行相位调制，相位调制器的调制模式包括随机的切换编码模式和诱骗模式；经过相位调制的脉冲光通过光衰减器衰减至指定脉冲强度；所述第三方检测端用于进行一阶干涉测量，包括分束器、第一单光子测量器和第二单光子测量器；第一通信端和第二通信端将制备完成的光脉冲信号发送到第三方检测端，通过将脉冲光发送到分束器进行一阶干涉测量，输出结果两束光脉冲，分别由第一单光子探测器和第二单光子探测器接收进行测量，并公布测量结果。其中，所述第一通信端和第二通信端的相位调制器之前分别设置一光源，用以根据执行的量子秘钥分发协议产生信号光脉冲。其中，所述第三方检测端设置第一光开关和第二光开关，分别对应接收第一通信端和第二通信端传输的光脉冲；在第一光开关与分束器和、或第二光开关与分束器之间设置第二相位调制器，用于进行相位补偿，以消除脉冲初始相位的影响。所述第三方检测端还包括一相对相位测量模块，分别连接所述第一光开关和第二光开关，所述第一通信端和第二通信端的光源产生的光脉冲信号包括相位参考脉冲和测量信号脉冲，所述第一光开关和第二光开关将相位参考脉冲发送到相对相位测量模块进行测量，同时将测量信号脉冲发送到分束器进行一阶干涉。其中，所述第一通信端和第二通信端的光源由第三方检测端产生，第三方检测端的光源经过第一环形器连接分束器，经过分束器分为两束分别发送到第一通信端和第二通信端。其中，第一通信端和第二通信端的光衰减器分别连接设置第二分束器，第二分束器分束形成的一部分光分别通过光衰减器进入相位调制器，同时在相位调制器之后设置一强度调制器；光脉冲从强度调制器射出后被法拉第镜反射。其中，第一通信端和第二通信端的第二分束器分别连接一光电探测器，接收第二分束器分束形成的另一部分光进行探测，以监视窃听者是否会注入强光进行窃听操作。其中，当相位调制器选择执行编码模式时，通过强度调制器调节脉冲强度使得第一通信端和第二通信端的额额输出强度为|α|2，并通过相位调制器编码随机密钥；当相位调制器选择执行诱骗模式时，根据使用的诱骗态协议调节强度调制器，并通过相位调制器编码随机相位，编码后的光脉冲被返回给第三方检测端，通过分束器进行一阶干涉，并使用第一单光子探测器和第二人单光子探测器进行测量。其中，分束器分为两束分别发送到第一通信端和第二通信端后，分别在第一通信端和第二通信端中设置第二环形器和第三环形器，光脉冲在第一通信端和第二通信端中通过第二环形器和第三环形器发送到第二分束器，第二分束器连接强度调制器，分束器分束形成的一部分光分别进入强度调制器、相位调制器、光衰减器，进行诱骗态和密钥信息的加载；之后进入第三方检测端的分束器进行一阶干涉，输出结果由第一单光子探测器和第二单光子探测器接收进行测量，并公布测量结果。其中，第一通信端和第二通信端的第二分束器分别连接一光电探测器，分束形成的另一部分光被光电探测器探测，以监视窃听者是否会注入强光进行窃听操作。区别于现有技术，本专利技术提出一种测量设备无关相位匹配量子密钥分发方法，该通信方法和系统通过引入相位参考实现密钥的编解码，而不需要进行激光器相位锁定和相位后选择，大大降低了实验的实现难度并提高了成码率；消除由于信号脉冲初始相位不同而需要相位后选择的问题，能够有效提高成码率。附图说明图1为本专利技术提出的一种测量设备无关相位匹配量子密钥分发装置的一种实施方式的架构示意图；图2为本专利技术提出的一种测量设备无关相位匹配量子密钥分发装置的另一实施方式架构示意图；图3为本专利技术提出的一种测量设备无关相位匹配量子密钥分发装置中制备信号光源的三种不同方式所需设备的结构示意图；图4为本专利技术提出的一种测量设备无关相位匹配量子密钥分发装置又一实施方式的架构示意图；图5为本专利技术提出的一种测量设备无关相位匹配量子密钥分发装置再一实施方式的架构示意图。具体实施方式本专利技术提供了一种测量设备无关相位匹配量子密钥分发装置，包括：合法的第一通信端和第二通信端，及不可信的第三方检测端；其中，第一通信端和第二通信端用于进行量子态的制备，均包括相位调制器和光衰减器；第一通信端和第二通信端根据所执行的量子密钥分发协议通过相位调制器对信号脉冲光进行相位调制，相位调制器的调制模式包括随机的切换编码模式和诱骗模式；经过相位调制的脉冲光通过光衰减器衰减至指定脉冲强度；所述第三方检测端用于进行一阶干涉测量，包括分束器、第一单光子测量器和第二单光子测量器；第一通信端和第二通信端将制备完成的光脉冲信号发送到第三方检测端，通过将脉冲光发送到分束器进行一阶干涉测量，输出结果两束光脉冲，分别由第一单光子探测器和第二单光子探测器接收进行测量，并公布测量结果。其中，所述第一通信端和第二通信端的相位调制器之前分别设置一光源，用以根据执行的量子秘钥分发协议产生信号光脉冲。其中，所述第三方检测端设置第一光开关和第二光开关，分别对应接收第一通信端和第二通信端传输的光脉冲；在第一光开关与分束器和、或第二光开关与分束器之间设置第二相位调制器，用于进行相位补偿，以消除脉冲初始相位的影响。所述第三方检测端还包括一相对相位测量模块，分别连接所述第一光开关和第二光开关，所述第一通信端和第二通信端的光源产生的光脉冲信号包括相位参考脉冲和测量信号脉冲，所述第一光开关和第二光开关将相位参考脉冲发送到相对相位测量模块进行测量，同时将测量信号脉冲发送到分束器进行一阶干涉。其中，所述第一通信端和第二通信端的光源由第三方检测端产生，第三方检测端的光源经过第一环形器连接分束器，经过分束器分为两本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测量设备无关相位匹配量子密钥分发装置，其特征在于，包括：合法的第一通信端和第二通信端，及不可信的第三方检测端；其中，所述第一通信端和第二通信端用于进行量子态的制备，均包括相位调制器和光衰减器；第一通信端和第二通信端根据所执行的量子密钥分发协议通过相位调制器对信号脉冲光进行相位调制，相位调制器的调制模式包括随机的切换编码模式和诱骗模式；经过相位调制的脉冲光通过光衰减器衰减至指定脉冲强度；所述第三方检测端用于进行一阶干涉测量，包括分束器、第一单光子测量器和第二单光子测量器；第一通信端和第二通信端将制备完成的光脉冲信号发送到第三方检测端，通过将脉冲光发送到分束器进行一阶干涉测量，输出结果两束光脉冲，分别由第一单光子探测器和第二单光子探测器接收进行测量，并公布测量结果。

【技术特征摘要】
1.一种测量设备无关相位匹配量子密钥分发装置，其特征在于，包括：合法的第一通信端和第二通信端，及不可信的第三方检测端；其中，所述第一通信端和第二通信端用于进行量子态的制备，均包括相位调制器和光衰减器；第一通信端和第二通信端根据所执行的量子密钥分发协议通过相位调制器对信号脉冲光进行相位调制，相位调制器的调制模式包括随机的切换编码模式和诱骗模式；经过相位调制的脉冲光通过光衰减器衰减至指定脉冲强度；所述第三方检测端用于进行一阶干涉测量，包括分束器、第一单光子测量器和第二单光子测量器；第一通信端和第二通信端将制备完成的光脉冲信号发送到第三方检测端，通过将脉冲光发送到分束器进行一阶干涉测量，输出结果两束光脉冲，分别由第一单光子探测器和第二单光子探测器接收进行测量，并公布测量结果。2.根据权利要求1所述的测量设备无关相位匹配量子密钥分发装置，其特征在于，所述第一通信端和第二通信端的相位调制器之前分别设置一光源，用以根据执行的量子秘钥分发协议产生信号光脉冲。3.根据权利要求1所述的测量设备无关相位匹配量子密钥分发装置，其特征在于，所述第三方检测端还包括一相对相位测量模块，分别连接所述第一光开关和第二光开关，所述第一通信端和第二通信端的光源产生的光脉冲信号包括相位参考脉冲和测量信号脉冲，所述第一光开关和第二光开关将相位参考脉冲发送到相对相位测量模块进行测量，同时将测量信号脉冲发送到分束器进行一阶干涉。4.根据权利要求3所述的测量设备无关相位匹配量子密钥分发装置，其特征在于，所述第三方检测端设置第一光开关和第二光开关，分别对应接收第一通信端和第二通信端传输的光脉冲；在第一光开关与分束器和、或第二光开关与分束器之间设置第二相位调制器，用于进行相位补偿，以消除信号脉冲初始相位的影响。5.根据权利要求3所述的测量设备无关相位匹配量子密钥分发装置，其特征在于，所述第一通信端和第二通信端的光源由第三方检测端产生，第三方检测端的光源经过第一环形器连接分束器...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡建勇，杨柳，高岩，陈瑞云，秦成兵，张国峰，肖连团，贾锁堂，
申请(专利权)人：山西大学，
类型：发明
国别省市：山西,14