A phase decoding method, device and system including the device for DC modulated quantum key distribution based on polarization orthogonal rotation are presented. The method includes: splitting one input optical pulse with arbitrary polarization into two optical pulses and decoding the two optical pulses separately. The phase decoding of each optical pulse includes: splitting the optical pulse into two sub-optical pulses; transmitting and combining the two sub-optical pulses on two sub-optical paths respectively, including at least one polarization orthogonal rotation device in at least one sub-optical path of the two sub-optical paths, and controlling the two orthogonal polarization states of the optical pulse from splitting to combining beams respectively. In the process, the phase difference between two sub-optical paths is an integer multiple of 2 pi, and one of the two sub-optical pulses obtained by splitting any one of the optical pulses is modulated by DC phase. The decoding scheme of the invention can resist polarization-induced fading and is suitable for a high-speed quantum key distribution system with environmental interference.
【技术实现步骤摘要】
基于偏振正交旋转的直流调制量子密钥分发相位解码方法、装置及系统
本专利技术涉及光传输保密通信
，尤其涉及一种基于偏振正交旋转的直流调制量子密钥分发相位解码方法、装置及包括该装置的量子密钥分发系统。
技术介绍
量子保密通信技术是量子物理与信息科学相结合的前沿热点领域。基于量子密钥分发技术和一次一密密码原理，量子保密通信可在公开信道实现信息的安全传输。量子密钥分发基于量子力学海森堡不确定关系、量子不可克隆定理等物理原理，能够实现在用户之间安全地共享密钥，并可以检测到潜在的窃听行为，可应用于国防、政务、金融、电力等高安全信息传输需求的领域。目前，量子密钥分发的编码方案主要采用偏振编码和相位编码。地面量子密钥分发主要基于光纤信道传输，而光纤制作存在截面非圆对称、纤芯折射率沿径向不均匀分布等非理想情况，并且光纤在实际环境中受温度、应变、弯曲等影响，会产生随机双折射效应。采用偏振编码时，受光纤随机双折射的影响，偏振编码的量子态经长距离光纤传输后到达接收端时，光脉冲偏振态会发生随机变化，造成误码率升高，导致需要增加纠偏设备，增加了系统复杂度和成本，且对于架空光缆、路桥光缆...
【技术保护点】
1.一种基于偏振正交旋转的直流调制量子密钥分发相位解码方法，其特征在于，所述方法包括：将入射的任意偏振态的一路输入光脉冲分束为第一路光脉冲和第二路光脉冲；以及分别对所述第一路光脉冲和第二路光脉冲按照量子密钥分发协议进行相位解码，其中，分别对所述第一路光脉冲和第二路光脉冲按照量子密钥分发协议进行相位解码包括：对于所述第一路光脉冲和第二路光脉冲中的每一路光脉冲，将该路光脉冲分束为两路子光脉冲；以及分别在两条子光路上传输所述两路子光脉冲，并将所述两路子光脉冲作相对延时后合束输出，其中，在所述两条子光路中的至少一条子光路中包含至少一个偏振正交旋转装置，所述偏振正交旋转装置被配置用于...
【技术特征摘要】
1.一种基于偏振正交旋转的直流调制量子密钥分发相位解码方法，其特征在于，所述方法包括：将入射的任意偏振态的一路输入光脉冲分束为第一路光脉冲和第二路光脉冲；以及分别对所述第一路光脉冲和第二路光脉冲按照量子密钥分发协议进行相位解码，其中，分别对所述第一路光脉冲和第二路光脉冲按照量子密钥分发协议进行相位解码包括：对于所述第一路光脉冲和第二路光脉冲中的每一路光脉冲，将该路光脉冲分束为两路子光脉冲；以及分别在两条子光路上传输所述两路子光脉冲，并将所述两路子光脉冲作相对延时后合束输出，其中，在所述两条子光路中的至少一条子光路中包含至少一个偏振正交旋转装置，所述偏振正交旋转装置被配置用于将经其传输的一路子光脉冲的两个正交偏振态分别进行偏振正交旋转，使得经由该偏振正交旋转装置后，该一路子光脉冲的两个正交偏振态中的每个偏振态分别变换成与其正交的偏振态，并且其中，控制该路光脉冲的两个正交偏振态中的一个偏振态在分束至合束的过程中经所述两条子光路传输的相位差与另一个偏振态在分束至合束的过程中经所述两条子光路传输的相位差使得两个相位差相差2π的整数倍，其中，在分别对所述第一路光脉冲和第二路光脉冲按照量子密钥分发协议进行相位解码的过程中：在分束至合束的过程中，对所述第一路光脉冲分束得到的两路子光脉冲中至少之一按照量子密钥分发协议进行直流相位调制，和/或对所述第二路光脉冲分束得到的两路子光脉冲中至少之一按照量子密钥分发协议进行直流相位调制。2.根据权利要求1所述的基于偏振正交旋转的直流调制量子密钥分发相位解码方法，其特征在于，对于所述第一路光脉冲和第二路光脉冲中的每一路光脉冲：用于传输该路光脉冲分束得到的两路子光脉冲的所述两条子光路包括对于该路光脉冲的两个正交偏振态存在双折射的光路，和/或在其上具有对于该路光脉冲的两个正交偏振态存在双折射的光器件，其中所述控制该路光脉冲的两个正交偏振态中的一个偏振态在分束至合束的过程中经所述两条子光路传输的相位差与另一个偏振态在分束至合束的过程中经所述两条子光路传输的相位差使得两个相位差相差2π的整数倍，包括：分别保持这两个正交偏振态中的每一个偏振态在分束至合束的过程中经所述两条光路传输时保持偏振态不变和/或经所述偏振正交旋转装置进行偏振正交旋转后保持其对应的正交偏振态不变；以及调整存在双折射的光路的长度和/或存在双折射的光器件的双折射大小，使得这两个正交偏振态中的一个偏振态在分束至合束的过程中经所述两条子光路传输的相位差与另一个偏振态在分束至合束的过程中经所述两条子光路传输的相位差使得两个相位差相差2π的整数倍。3.根据权利要求1或2所述的基于偏振正交旋转的直流调制量子密钥分发相位解码方法，其特征在于，所述两条第一子光路和两条第二子光路配置为保偏光纤光路，所述控制该路光脉冲的两个正交偏振态中的一个偏振态在分束至合束的过程中经所述两条子光路传输的相位差与另一个偏振态在分束至合束的过程中经所述两条子光路传输的相位差相差2π的整数倍，包括：控制所述保偏光纤的一个本征偏振态在所述两条子光路中的一条子光路上传输时在该本征偏振态情形下传输的距离和在转换为该本征偏振态的正交偏振态情形下传输的距离的第一距离差、以及该本征偏振态在所述两条子光路中的另一条子光路上传输时在该本征偏振态情形下传输的距离和在转换为该本征偏振态的正交偏振态情形下传输的距离的第二距离差，使得第一距离差和第二距离差相差保偏光纤拍长的整数倍。4.根据权利要求1或3所述的基于偏振正交旋转的直流调制量子密钥分发相位解码方法，其特征在于，所述控制该路光脉冲的两个正交偏振态中的一个偏振态在分束至合束的过程中经所述两条子光路传输的相位差与另一个偏振态在分束至合束的过程中经所述两条子光路传输的相位差使得两个相位差相差2π的整数倍，包括：所述两条子光路均包含一个偏振正交旋转装置，且每个偏振正交旋转装置位于所在子光路的中点。5.根据权利要求1所述的基于偏振正交旋转的直流调制量子密钥分发相位解码方法，其特征在于，所述偏振正交旋转装置为90度法拉第旋转器或半波片。6.根据权利要求1所述的基于偏振正交旋转的直流调制量子密钥分发相位解码方法，其特征在于，对于所述第一路光脉冲和第二路光脉冲中的每一路光脉冲：在用于对该路光脉冲分束得到的两路子光脉冲进行传输的所述两条子光路中的至少一条子光路上配置保偏光纤拉伸器和/或双折射相位调制器，其中通过所述保偏光纤拉伸器和/或所述双折射相位调制器调整该路光脉冲的两个正交偏振态中的一个偏振态在分束至合束的过程中经所述两条子光路传输的相位差与另一个偏振态在分束至合束的过程中经所述两条子光路传输的相位差之差。7.一种基于偏振正交旋转的直流调制量子密钥分发相位解码装置，其特征在于，所述相位解码装置包括：前置分束器，被配置用于将入射的任意偏振态的一路输入光脉冲分束为第一路光脉冲和第二路光脉冲；与所述前置分束器光耦合的第一相位解码器，被配置用于对所述第一路光脉冲进行相位解码；以及，与所述前置分束器光耦合的第二相位解码器，被配置用于对所述第二路光脉冲进行相位解码，其中，所述第一相位解码器包括第一分束器、第一合束器以及与所述第一分束器光耦合并且与所述第一合束器光耦合的两条第一子光路，其中所述第一分束器被配置用于将所述第一路光脉冲分束为两路第一子光脉冲；所述两条第一子光路被配置用于分别传输所述两路第一子光脉冲，并用于实现所述两路第一子光脉冲的相对延时；所述第一合束器被配置用于将所述两路第一子光脉冲合束输出，其中，在所述两条第一子光路中的至少一条第一子光路中包含至少一个第一偏振正交旋转装置，所述第一偏振正交旋转装置被配置用于将经其传输的一路第一子光脉冲的两个正交偏振态分别进行偏振正交旋转，使得经由该第一偏振正交旋转装置后，该一路第一子光脉冲的两个正交偏振态中的每个偏振态分别变换成与其正交的偏振态，其中在所述第一相位解码器中，所述两条第一子光路及其上的光器件被构造成，控制所述第一路光脉冲的两个正交偏振态中的一个偏振态在分束至合束的过程中经所述两条第一子光路传输的相位差与另一个偏振态经所述两条第一子光路传输的相位差使得两个相位差相差2π的整数倍；其中，所述第二相位解码器包括第二分束器、第二合束器以及与所述第二分束器光耦合并且与所述第二合束器光耦合的两条第二子光路，其中所述第二分束器被配置用于将所述第二路光脉冲分束为两路第二子光脉冲；所述两条第二子光路被配置用于分别传输所述两路第二子光脉冲，并用于实现所述两路第二子光脉冲的相对延时；所述第二合束器被配置用于将所述两路第二子光脉冲合束输出，其中，在所述两条第二子光路中的至少一条第二子光路中包含至少一个第二偏振正交旋转装置，所述第二偏振正交旋转装置被配置用于将经其传输的一路第二子光脉冲的两个正交偏振态分别进行偏振正交旋转，使得经由该第二偏振正交旋转装置后，该一路第二子光脉冲的两个正交偏振态中的每个偏振态分别变换成与其...
【专利技术属性】
技术研发人员：许华醒，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司电子科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11
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