量子密钥分发时间比特-相位解码方法和装置及相应系统制造方法及图纸

本发明专利技术提出一种分偏振相差控制的量子密钥分发时间比特‑相位解码方法和装置及相应系统。该方法包括：将输入光脉冲分束为第一和第二路光脉冲；按照量子密钥分发协议，对第一路光脉冲进行相位解码并对第二路光脉冲进行时间比特解码。对第一路光脉冲进行相位解码包括：将其入射到包括分束器和合束器的干涉仪以由分束器将其分束为第一和第二路子光脉冲，分别沿干涉仪的第一和第二臂传输这两路子光脉冲并将它们作相对延时后由合束器合束输出，其中控制第一路光脉冲的两个正交偏振态各自在干涉仪中经第一和第二臂传输的相位差相差2π的整数倍，对分束前的第一路光脉冲或者对第一和第二路子光脉冲中之一进行相位调制。本发明专利技术的方案能抗偏振诱导衰落。

Quantum Key Distribution Time Bit-Phase Decoding Method and Device and Corresponding System

The invention provides a quantum key distribution time bit and phase decoding method and device with polarization phase difference control and corresponding system. The method includes: splitting the input optical pulse into the first and second optical pulses; phase decoding of the first optical pulse and time bit decoding of the second optical pulse according to the quantum key distribution protocol. The phase decoding of the first optical pulse includes: incident it to an interferometer including a beam splitter and a beam splitter to split it into the first and second sub-optical pulses, respectively, transmitting the two sub-optical pulses along the first and second arms of the interferometer and outputting them as relative delays by the combiner, in which the two orthogonal polarization states of the first optical pulse are controlled respectively. In an interferometer, the phase difference transmitted by the first and second arms is an integral multiple of 2 pi, and the first optical pulse before the beam splitting or one of the first and second sub-optical pulses is phase modulated. The scheme of the invention can resist polarization-induced fading.

【技术实现步骤摘要】
量子密钥分发时间比特-相位解码方法和装置及相应系统
本专利技术涉及光传输保密通信
，尤其涉及一种分偏振相差控制的量子密钥分发时间-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。时间比特-相位编码量子密钥分发采用一组时间基和一组相位基，时间基采用两个不同时间位置的时间模式来编码，相位基采用前后光脉冲的两个相位差来编码。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。受光纤随机双折射的影响，光脉冲经长距离光纤传输后到达接收端时，其偏振态会发生随机变化。时间比特-相位编码中的时间基解码不受偏振态变化的影响，然而相位基在干涉解码时，因传输光纤和编解码干涉仪光纤双折射的影响，存在偏振诱导衰落的问题，导致解码干涉不稳定，造成误码率升高、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、路桥光缆等强干扰情况难以实现稳定应用。对于量子密钥分发时间比特-相位编码方案，如何稳定高效地进行相位干涉解码是基于现有光缆基础设施进行量子保密通信应用的热点和难题。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提出一种分偏振相差控制的量子密钥分发时间比特-相位解码方法和装置，以解决时间比特-相位编码量子密钥分发应用中相位基解码时因偏振诱导衰落引起的相位解码干涉不稳定的难题。本专利技术提供至少以下技术方案：1.一种分偏振相差控制的量子密钥分发时间比特-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；以及按照量子密钥分发协议，对所述第一路光脉冲进行相位解码并对所述第二路光脉冲进行时间比特解码，其中，对所述第一路光脉冲进行相位解码包括：将所述第一路光脉冲入射到包括分束器和合束器的干涉仪，以由所述分束器将所述第一路光脉冲分束为第一路子光脉冲和第二路子光脉冲；分别沿所述干涉仪的第一臂和第二臂传输所述第一路子光脉冲和第二路子光脉冲，并将所述第一路子光脉冲和第二路子光脉冲进行相对延时后由所述合束器合束输出，其中，对于至少沿所述第一臂传输的所述第一路子光脉冲：将该第一路子光脉冲偏振分束为偏振态相互正交的两路偏振子光脉冲，沿两条子光路传输所述两路偏振子光脉冲，然后将所述两路偏振子光脉冲合束为所述第一路子光脉冲沿所述第一臂传输至所述合束器，其中，控制所述第一路光脉冲的两个正交偏振态各自在所述干涉仪中经所述第一臂和第二臂传输的相位差相差2π的整数倍，其中，对分束前的所述输入光脉冲或者对分束前的所述第一路光脉冲或者在所述分束器分束至所述合束器合束的过程中对所述第一路子光脉冲和第二路子光脉冲中的至少一路子光脉冲按照量子密钥分发协议进行相位调制。2.根据方案1所述的分偏振相差控制的量子密钥分发时间比特-相位解码方法，其特征在于，所述第一臂和第二臂包括对于所述两个正交偏振态存在双折射的光路，和/或所述第一臂和第二臂上具有对于所述两个正交偏振态存在双折射的光器件，其中所述控制所述第一路光脉冲的两个正交偏振态各自在所述干涉仪中经所述第一臂和第二臂传输的相位差相差2π的整数倍包括：分别保持这两个正交偏振态各自在所述干涉仪中沿所述第一臂和第二臂传输时偏振态不变；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各自在所述干涉仪中经所述第一臂和第二臂传输的相位差相差2π的整数倍。3.根据方案1或2所述的分偏振相差控制的量子密钥分发时间比特-相位解码方法，其特征在于，将所述第一臂和第二臂配置为保偏光纤光路，将所述第一臂和第二臂上的光器件配置为非双折射光器件和/或偏振保持光器件。4.根据方案2所述的分偏振相差控制的量子密钥分发时间比特-相位解码方法，其特征在于，在所述第一臂和第二臂中的至少一个臂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所述第一路光脉冲的两个正交偏振态各自在所述干涉仪中经所述第一臂和第二臂传输的相位差之差。5.根据方案1所述的分偏振相差控制的量子密钥分发时间比特-相位解码方法，其特征在于，在所述分束器分束至所述合束器合束的过程中对所述第一路子光脉冲和第二路子光脉冲中的至少一路子光脉冲按照量子密钥分发协议进行相位调制，其中所述至少一路子光脉冲包括所述第一路子光脉冲，在所述分束器分束至所述合束器合束的过程中对所述第一路子光脉冲和第二路子光脉冲中的至少一路子光脉冲按照量子密钥分发协议进行相位调制包括：在偏振分束之前或在对所述两路偏振子光脉冲进行合束之后对所述第一路子光脉冲进行相位调制，或在偏振分束至对所述两路偏振子光脉冲进行合束的过程中对所述两路偏振子光脉冲进行相同的相位调制；和/或所述至少一路子光脉冲包括所述第二路子光脉冲，在所述分束器分束至所述合束器合束的过程中对所述第一路子光脉冲和第二路子光脉冲中的至少一路子光脉冲按照量子密钥分发协议进行相位调制包括：在所述分束器分束至所述合束器合束的过程中对所述第二路子光脉冲进行相位调制。6.根据方案1所述的分偏振相差控制的量子密钥分发时间比特-相位解码方法，其特征在于，在沿所述两条子光路传输所述两路偏振子光脉冲期间对所述两路偏振子光脉冲中至少之一进行相位控制。7.根据方案6所述的分偏振相差控制的量子密钥分发时间比特-相位解码方法，其特征在于，对所述两路偏振子光脉冲中至少之一进行相位控制包括：调整所述两路偏振子光脉冲中的一路偏振子光脉冲的相位。8.一种分偏振相差控制的量子密钥分发时间比特-相位解码装置，其特征在于，所述解码装置包括前置分束器和干涉仪，所述干涉仪包括第一分束器、第一合束器以及与所述第一分束器光耦合并与所述第一合束器光耦合的第一臂和第二臂，其中所述前置分束器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；所述干涉仪与所述前置分束器光耦合，用于对所述第一路光脉冲进行相位解码，其中所述第一分束器用于将所述第一路光脉冲分束为第一路子光脉冲和第二路子光脉冲；所述第一臂和第二臂用于分别传输所述第一路子光脉冲和第二路子光脉冲，并用于实现所述第一路子光脉冲和第二路子光脉冲的相对延时；所述第一合束器用于将经相对延时的所述第一路子光脉冲和第二路子光脉冲合束输出，其中至少所述第一臂上设置有分偏振相差控制装置，所述分偏振相差控制装置包括偏振分束器、第二合束器以及与所述偏振分束器光耦合并与所述第二合束器光耦合的两条子光路，其中所述偏振分束器用于将所述第一路子光脉冲偏振分束为偏振态相互正交的两路偏振子光脉冲；所述两条子光路用于分别传输所述两路偏振子光脉冲；所述第二合束器用于将经所述两条子光路传输来的所述两路偏振子光脉冲合束为所述第一路子光脉冲沿所述第一臂传输至所述第一合束器，其中所述第一臂和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分偏振相差控制的量子密钥分发时间比特‑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；以及按照量子密钥分发协议，对所述第一路光脉冲进行相位解码并对所述第二路光脉冲进行时间比特解码，其中，对所述第一路光脉冲进行相位解码包括：将所述第一路光脉冲入射到包括分束器和合束器的干涉仪，以由所述分束器将所述第一路光脉冲分束为第一路子光脉冲和第二路子光脉冲；分别沿所述干涉仪的第一臂和第二臂传输所述第一路子光脉冲和第二路子光脉冲，并将所述第一路子光脉冲和第二路子光脉冲进行相对延时后由所述合束器合束输出，其中，对于至少沿所述第一臂传输的所述第一路子光脉冲：将该第一路子光脉冲偏振分束为偏振态相互正交的两路偏振子光脉冲，沿两条子光路传输所述两路偏振子光脉冲，然后将所述两路偏振子光脉冲合束为所述第一路子光脉冲沿所述第一臂传输至所述合束器，其中，控制所述第一路光脉冲的两个正交偏振态各自在所述干涉仪中经所述第一臂和第二臂传输的相位差相差2π的整数倍，其中，对分束前的所述输入光脉冲或者对分束前的所述第一路光脉冲或者在所述分束器分束至所述合束器合束的过程中对所述第一路子光脉冲和第二路子光脉冲中的至少一路子光脉冲按照量子密钥分发协议进行相位调制。...

【技术特征摘要】
1.一种分偏振相差控制的量子密钥分发时间比特-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；以及按照量子密钥分发协议，对所述第一路光脉冲进行相位解码并对所述第二路光脉冲进行时间比特解码，其中，对所述第一路光脉冲进行相位解码包括：将所述第一路光脉冲入射到包括分束器和合束器的干涉仪，以由所述分束器将所述第一路光脉冲分束为第一路子光脉冲和第二路子光脉冲；分别沿所述干涉仪的第一臂和第二臂传输所述第一路子光脉冲和第二路子光脉冲，并将所述第一路子光脉冲和第二路子光脉冲进行相对延时后由所述合束器合束输出，其中，对于至少沿所述第一臂传输的所述第一路子光脉冲：将该第一路子光脉冲偏振分束为偏振态相互正交的两路偏振子光脉冲，沿两条子光路传输所述两路偏振子光脉冲，然后将所述两路偏振子光脉冲合束为所述第一路子光脉冲沿所述第一臂传输至所述合束器，其中，控制所述第一路光脉冲的两个正交偏振态各自在所述干涉仪中经所述第一臂和第二臂传输的相位差相差2π的整数倍，其中，对分束前的所述输入光脉冲或者对分束前的所述第一路光脉冲或者在所述分束器分束至所述合束器合束的过程中对所述第一路子光脉冲和第二路子光脉冲中的至少一路子光脉冲按照量子密钥分发协议进行相位调制。2.根据权利要求1所述的分偏振相差控制的量子密钥分发时间比特-相位解码方法，其特征在于，所述第一臂和第二臂包括对于所述两个正交偏振态存在双折射的光路，和/或所述第一臂和第二臂上具有对于所述两个正交偏振态存在双折射的光器件，其中所述控制所述第一路光脉冲的两个正交偏振态各自在所述干涉仪中经所述第一臂和第二臂传输的相位差相差2π的整数倍包括：分别保持这两个正交偏振态各自在所述干涉仪中沿所述第一臂和第二臂传输时偏振态不变；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各自在所述干涉仪中经所述第一臂和第二臂传输的相位差相差2π的整数倍。3.根据权利要求1或2所述的分偏振相差控制的量子密钥分发时间比特-相位解码方法，其特征在于，将所述第一臂和第二臂配置为保偏光纤光路，将所述第一臂和第二臂上的光器件配置为非双折射光器件和/或偏振保持光器件。4.根据权利要求2所述的分偏振相差控制的量子密钥分发时间比特-相位解码方法，其特征在于，在所述第一臂和第二臂中的至少一个臂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所述第一路光脉冲的两个正交偏振态各自在所述干涉仪中经所述第一臂和第二臂传输的相位差之差。5.根据权利要求1所述的分偏振相差控制的量子密钥分发时间比特-相位解码方法，其特征在于，在所述分束器分束至所述合束器合束的过程中对所述第一路子光脉冲和第二路子光脉冲中的至少一路子光脉冲按照量子密钥分发协议进行相位调制，其中所述至少一路子光脉冲包括所述第一路子光脉冲，在所述分束器分束至所述合束器合束的过程中对所述第一路子光脉冲和第二路子光脉冲中的至少一路子光脉冲按照量子密钥分发协议进行相位调制包括：在偏振分束之前或在对所述两路偏振子光脉冲进行合束之后对所述第一路子光脉冲进行相位调制，或在偏振分束至对所述两路偏振子光脉冲进行合束的过程中对所述两路偏振子光脉冲进行相同的相位调制；和/或所述至少一路子光脉冲包括所述第二路子光脉冲，在所述分束器分束至所述合束器合束的过程中对所述第一路子光脉冲和第二路子光脉冲中的至少一路子光脉冲按照量子密钥分发协议进行相位调制包括：在所述分束器分束至所述合束器合束的过程中对所述第二路子光脉冲进行相位调制。6.根据权利要求1所述的分偏振相差控制的量子密钥分发时间比特-相位解码方法，其特征在于，在沿所述两条子光路传输所述两路偏振子光脉冲期间对所述两路偏振子光脉冲中至少之一进行相位控制。7.根据权利要求6所述的分偏振相差控制的量子密钥分发时间比特-相位解码方法，其特征在于，对所述两路偏振子光脉冲中至少之一进行相位控制包括：调整所述两路偏振子光脉冲中的一路偏振子光脉冲的相位。8.一种分偏振相差控制的量子密钥分发时间比特-相位解码装置，其特征在于，所述解码装置包括前置分束器和干涉仪，所述干涉仪包括第一分束器、第一合束器以及与所述第一分束器光耦合并与所述第一合束器光耦合的第一臂和第二臂，其中所述前置分束器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；所述干涉仪与所述前置分束器光耦合，用于对所述第一路光脉冲进行相位解码，其中所述第一分束器用于将所述第一路光脉冲分束为第一路子光脉冲和第二路子光脉冲；所述第一臂和第二臂用于分别传输所述第一路子光脉冲和第二路子光脉冲，并用于实现所述第一路子光脉冲和第二路子光脉冲的相对延时；所述第一合束器用于将经相对延时的所述第一路子光脉冲和第二路子光脉冲合束输出，其中至少所述第一臂上设置有分偏振相差控制装置，所述分偏振相差控制装置包括偏振分...

【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