用于量子密码通信的编码器和解码器芯片制造技术

本发明专利技术的实施例提供了一种用于量子密码通信的编码器芯片。该编码器芯片包括：分别由各自的编码器、延迟线、可调衰减器构成的四路光路；1×4微环光开关，在一端处与编码器芯片的输入端相连并且在另一端处分别与四路光路相连，用于将入射光信号分为四路光信号，分别输入到所述四路光路；4×1合波器，在一端处与编码器芯片的输出端相连并且在另一端处分别与四路光路相连，用于将四路光路输出的编码后的光脉冲合为一路从输出端输出。另外，本发明专利技术的另一实施例还提供了用于量子密码通信的解码器芯片。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于量子通讯领域，尤其涉及量子密码通信的编码器芯片和解码器芯片。
技术介绍
现代的人类社会是一个信息社会，光纤通讯技术作为信息通讯的载体，已被广泛地应用于军事医疗、航空航天、党政机关、科教娱乐等各个领域。随着信息在用户间大量的传递，信息的安全性变得越来越重要，信息的安全性已不仅仅是国家重要机关、金融信托系统交流信息的要求，同时由于互联网、物联网的普及，现在已经发展到每个人都需要绝对的信息安全。以量子密码技术为基础建立起来的量子通讯，它的理论基础是量子力学，以不确定关系和量子态不可复制原理保障信息通信的绝对安全，它的核心内容是如何利用量子技术实现量子密钥分配(QKD)。由C.H.Benett和G.Brassard(参见C.H.Bennett，G.BrassardIn：ProceedingsoftheIEEEInternationalConferenceonComputers，Systems，andSignalProcessing，1984)于1984年提出的BB84协议【1】已经进入到实用化阶段。目前的量子密码编码和解码设备是由各自独立的光电子元件和光纤器件组成，如，LiNbO3电光调制器、光纤分束器、光纤延迟线、可调谐光衰减器、光纤环形器、法拉第反射镜等等。它们存在体积大、能耗高、稳定性能差等缺点，显然无法适应未来个人量子密码通信的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于减少上述提及的问题的至少一部分，因此，本专利技术提供了一种具有新的结构的用于量子密码通信的编码器芯片和解码器芯片。具体地，本专利技术利用集成光电子技术，设计了CMOS芯片工艺技术兼容的量子密码编码和解码系统结构。所有器件集成在芯片上，结构紧凑体积小，线路稳定，器件的能耗低。根据本专利技术的一个方面，提供了一种用于量子密码通信的编码器芯片，包括：由第一编码器、第一延迟线、第一可调衰减器构成的第一光路；由第二编码器、第二延迟线、第二可调衰减器构成的第二光路；由第三编码器、第三延迟线、第三可调衰减器构成的第三光路；由第四编码器、第四延迟线、第四可调衰减器构成的第四光路；1×4微环光开关，在一端处与编码器芯片的输入端相连并且在另一端处分别与第一光路、第二光路、第三光路和第四光路相连，用于将入射光信号分为四路光信号，分别输入到所述第一光路、第二光路、第三光路和第四光路；4×1合波器，在一端处与编码器芯片的输出端相连并且在另一端处分别与第一光路、第二光路、第三光路和第四光路相连，用于将第一光路、第二光路、第三光路和第四光路输出的编码后的光脉冲合为一路从输出端输出，其中所述第一编码器、第二编码器、第三编码器和第四编码器中的每个编码器将输入到其中的脉冲光分成具有固定的相位差的前后两个子脉冲，并且每个编码器的前后两个子脉冲的相位差对于所述第一光路、第二光路、第三光路和第四光路中的每个光路是不同的且分别是2π×整数，π/2+2π×整数，π+2π×整数，3π/2+2π×整数中的任一个。在一个示例中，所述编码器芯片还包括位于所述4×1合波器和编码器芯片的输出端之间的一个可调衰减器，配置成将从所述4×1合波器输出的每个光脉冲中的光子数减小到一个光子再输出。在一个示例中，所述1×4微环光开关包括4组微环光开关，每组微环光开关由一个微环或由多个微环阵列构成，其中1×4微环光开关分出来的四路下路光作为1×4微环光开关的输出光，所述1×4微环光开关的上路光与一维光栅相连；所述1×4微环光开关包括3组微环光开关，每组微环光开关由一个微环或由多个微环阵列构成，其中所述1×4微环光开关分出来的两路下路光和两路直通光作为所述1×4微环光开关的输出光，而所述1×4微环光开关的剩余的上路光与一维光栅相连。在一个示例中，所述4组微环光开关中的每组微环光开关包括单个的或级联的微环谐振器，所述微环谐振器由载流子调制、电光调制或热光调制中至少一种调制。在一个示例中，所述第一编码器、第二编码器、第三编码器和第四编码器中的每个编码器包括不等臂长的马赫贞德干涉仪；其中，所述每个编码器具有2×2不等臂长的马赫贞德干涉仪的主体结构，所述每个编码器的输入部分和输出部分是2×2定向耦合器或多模干涉器。在一个示例中，所述每个编码器包括对马赫贞德干涉仪的干涉臂进行加热的用于调节光的分配比例的微加热器，并且每个编码器的一个输入端口和一个输出端口分别与一维光栅相连；其中，所述输入端口和输出端口处的一维光栅位于每个编码器的波导的同一侧或不同侧；其中所述每个编码器是单个或级联的马赫贞德干涉仪。在一个示例中，所述第一延迟线、第二延迟线、第三延迟线和第四延迟线中的每个延迟线是矩形光波导或脊形光波导；所述第一可调衰减器、第二可调衰减器、第三可调衰减器、第四可调衰减器以及所述4×1合波器和编码器芯片的输出端之间的可调衰减器中的每个可调衰减器是电控的电吸收光衰减器或马赫贞德干涉仪光衰减器；所述4×1合波器由级联的Y分叉构成的4×1合波器、1×2多模干涉器组合成的4×1合波器或一个4×1多模干涉器。在一个示例中，所述编码器芯片由集成光电子技术制成，其中所述编码器芯片集成在芯片上。根据本专利技术的另一方面，提供了一种用于量子密码通信的解码器芯片，包括：由第一解码器、第一光探测器和第二光探测器构成的第一光路；由第二解码器、第三光探测器和第四光探测器构成的第二光路，1×2分光器，在一端处与解码器芯片的输入端相连，并且在另一端处分别与第一光路和第二光路相连，用于将输入的单光子光脉冲分配到所述第一光路和第二光路，其中所述第一解码器和第二解码器各自输出的前后两个子脉冲之间的相位差均为π，所述第一解码器和第二解码器中随机的一个解码器对应于{0，π本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于量子密码通信的编码器芯片，包括：由第一编码器、第一延迟线、第一可调衰减器构成的第一光路；由第二编码器、第二延迟线、第二可调衰减器构成的第二光路；由第三编码器、第三延迟线、第三可调衰减器构成的第三光路；由第四编码器、第四延迟线、第四可调衰减器构成的第四光路；1×4微环光开关，在一端处与编码器芯片的输入端相连并且在另一端处分别与第一光路、第二光路、第三光路和第四光路相连，用于将入射光信号分为四路光信号，分别输入到所述第一光路、第二光路、第三光路和第四光路；4×1合波器，在一端处与编码器芯片的输出端相连并且在另一端处分别与第一光路、第二光路、第三光路和第四光路相连，用于将第一光路、第二光路、第三光路和第四光路输出的编码后的光脉冲合为一路从输出端输出，其中所述第一编码器、第二编码器、第三编码器和第四编码器中的每个编码器将输入到其中的脉冲光分成具有固定的相位差的前后两个子脉冲，并且每个编码器的前后两个子脉冲的相位差对于所述第一光路、第二光路、第三光路和第四光路中的每个光路是不同的且分别是2π×整数，π/2+2π×整数，π+2π×整数，3π/2+2π×整数中的任一个。

【技术特征摘要】
1.一种用于量子密码通信的编码器芯片，包括：由第一编码器、第一延迟线、第一可调衰减器构成的第一光路；由第二编码器、第二延迟线、第二可调衰减器构成的第二光路；由第三编码器、第三延迟线、第三可调衰减器构成的第三光路；由第四编码器、第四延迟线、第四可调衰减器构成的第四光路；1×4微环光开关，在一端处与编码器芯片的输入端相连并且在另一端处分别与第一光路、第二光路、第三光路和第四光路相连，用于将入射光信号分为四路光信号，分别输入到所述第一光路、第二光路、第三光路和第四光路；4×1合波器，在一端处与编码器芯片的输出端相连并且在另一端处分别与第一光路、第二光路、第三光路和第四光路相连，用于将第一光路、第二光路、第三光路和第四光路输出的编码后的光脉冲合为一路从输出端输出，其中所述第一编码器、第二编码器、第三编码器和第四编码器中的每个编码器将输入到其中的脉冲光分成具有固定的相位差的前后两个子脉冲，并且每个编码器的前后两个子脉冲的相位差对于所述第一光路、第二光路、第三光路和第四光路中的每个光路是不同的且分别是2π×整数，π/2+2π×整数，π+2π×整数，3π/2+2π×整数中的任一个。2.根据权利要求1所述的编码器芯片，还包括位于所述4×1合波器和编码器芯片的输出端之间的一个额外的可调衰减器，配置成将从所述4×1合波器输出的每个光脉冲中的光子数减小到一个光子再输出。3.根据权利要求1或2所述的编码器芯片，其中所述1×4微环光开关包括4组微环光开关，每组微环光开关由一个微环或由多个微环阵列构成，其中1×4微环光开关分出来的四路下路光作为1×4微环光开关的输出光，所述1×4微环光开关的上路光与一维光栅相连；所述1×4微环光开关包括3组微环开关，每组微环开关由一个微环或由多个微环阵列构成，其中所述1×4微环光开关分出来的两路下路光和两路直通光作为所述1×4微环光开关的输出光，而所述1×4微环光开关的剩余的上路光与一维光栅相连。4.根据权利要求3所述的编码器芯片，其中所述4组微环光开关中的每组微...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋俊峰，陈岐岱，孙洪波，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22