一种偏振与相位复合编码的量子密钥分发系统技术方案

一种偏振与相位复合编码的量子密钥分发系统，包括发送端与接收端，发送端包括依次连接的激光器、强度调制器、偏振编码模块、相位编码模块以及电可调衰减器，接收端包括依次连接的相位解码模块、偏振解码模块以及单光子探测器，发送端与接收端通过单模光纤连接。与现有技术相比，本发明专利技术通过对单光子比特进行相位和偏振复合编码，可以提高协议的效率，采用偏选基的方式可将效率提升至原始协议的4倍；偏振编码和解码结构简单，性能稳定，不仅减少系统的复杂度，而且提高了系统的安全性；相位编码以及解码模块具有偏振无关的特性，因此不会与偏振编码相互影响，而且不受信道扰动的影响，使得相位编解码过程非常稳定，增加整体系统的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种偏振与相位复合编码的量子密钥分发系统
本专利技术涉及量子偏振编码
，特别涉及一种偏振与相位复合编码的量子密钥分发系统。
技术介绍
量子密钥分发(Quantumkeydistribution，QKD)可以保证远距离的通信双方进行无条件安全的密钥分发，是由量子力学的基本原理来保障其信息理论安全性。经过30多年的研究与发展，量子密钥分发已逐步实现实用化。其中，BB84QKD协议在当前技术最为成熟，应用最为广泛，典型的BB84协议仅仅将比特信息编码在单光子的一个维度上，比如相位、偏振或者频率等，通过对单光子进行扩展编码，即将比特信息编码在单光子的多个维度上，使单光子携带多比特信息，再对这些维度分别解码，即可以提高安全码率，从而提升系统的整体效率。然而目前QKD系统的密钥产生速率较低，无法满足现有传统光纤通信的加密需求，有一些解决方案中，是在发送端增加一个消偏器，在光子进入光纤信道之前进行偏振态随机化，这样可以消除光纤双折射效应以及环境扰动对偏振态的影响，在接收端增加一个偏振分束器进行起偏，可以获得稳定的干涉结果。但是这个方案会增加一倍的损耗，使系统的效率降低了一半。
技术实现思路
针对现有技术存在以上缺陷，本专利技术提供一种偏振与相位复合编码的量子密钥分发系统如下：本专利技术的技术方案是这样实现的：一种偏振与相位复合编码的量子密钥分发系统，包括发送端与接收端，所述发送端包括依次连接的激光器、强度调制器、偏振编码模块、相位编码模块以及电可调衰减器，所述接收端包括依次连接相位解码模块、偏振解码模块以及单光子探测器，所述发送端与接收端通过单模光纤连接。优选地，所述偏振编码模块包括依次连接的第一环形器、第一相位调制器以及第一法拉第旋转镜，所述相位编码模块包括第一光纤分束器、2X2偏振分束器、第二相位调制器以及法拉第旋转器，所述第一光纤分束器的三端口、四端口分别通过长短臂光纤连接2X2偏振分束器的一端口、二端口，所述2X2偏振分束器的三端口、四端口分别通过保偏光纤连接法拉第旋转器以及第二相位调制器，且第二相位调制器与法拉第旋转器之间通过保偏光纤相连，第一光纤分束器一端口连接第一环形器三端口，二端口连接电可调衰减器；所述相位解码模块的结构与相位编码模块一致，所述偏振解码模块包括第二环形器与第二光纤分束器，所述第二环形器一端口通过光纤连接发送端的电可控衰减器，二端口连接相位解码模块中第一光纤分束器一端口，三端口通过延时线连接第二光纤分束器的二端口，相位解码模块中第一光纤分束器二端口连接第二光纤分束器一端口、第二光纤分束器的三端口、四端口均连接一路1X2偏振分束器一端口，两路1X2偏振分束器均设置有纠偏模块，两路1X2偏振分束器的二端口、三端口均连接有单光子探测器，所述第一光纤分束器、第二光纤分束器均为2X2单模光纤分束器。优选地，所述偏振编码模块包括依次连接的第一环形器、第一相位调制器以及第一法拉第旋转镜，所述相位编码模块包括第一光纤分束器、2X2偏振分束器、第二相位调制器以及法拉第旋转器，所述第一光纤分束器的三端口、四端口分别通过长短臂光纤连接2X2偏振分束器的一端口、二端口，所述2X2偏振分束器的三端口、四端口分别通过保偏光纤连接法拉第旋转器以及第二相位调制器，且第二相位调制器与法拉第旋转器之间通过保偏光纤相连，第一光纤分束器一端口连接第一环形器三端口，二端口连接电可调衰减器；所述相位解码模块的结构与相位编码模块一致，所述偏振解码模块包括第二环形器、第三环形器以及第四环形器，所述第二环形器一端口通过光纤连接发送端的电可控衰减器，二端口连接相位解码模块中第一光纤分束器一端口，三端口通过延时线连接第三环形器的一端口，相位解码模块中第一光纤分束器二端口连接第四环形器一端口，第三环形器、第四环形器一端口前端均设置有纠偏模块，所述第三环形器二端口依次连接有第三相位调制器、第二法拉第旋转镜，所述第四环形器二端口依次连接有第四相位调制器、第三法拉第旋转镜，所述第三环形器三端口、第四环形器三端口均连接一路1X2偏振分束器一端口，两路1X2偏振分束器的二端口、三端口均连接有单光子探测器，所述第一光纤分束器为2X2单模光纤分束器。与现有技术相比，本专利技术有以下有益效果：1、本专利技术的偏振与相位复合编码的量子密钥分发系统，通过对单光子比特进行相位和偏振复合编码，可以提高协议的效率，采用偏选基的方式可将效率提升至原始协议的4倍；2、偏振编码和解码结构简单，性能稳定，与传统多激光器编码和被动选基解码相比没有侧信道量子态制备和测量信息泄露，不仅减少系统的复杂度，而且提高了系统的安全性；3、相位编码以及解码模块具有偏振无关的特性，因此不会与偏振编码相互影响，而且不受信道扰动的影响，使得相位编解码过程非常稳定，增加整体系统的稳定性。附图说明图1为本专利技术一种偏振与相位复合编码的量子密钥分发系统的原理框图；图2为本专利技术实施例一的原理框图；图3为本专利技术实施例二的原理框图。图中：发送端100，激光器110，强度调制器120，偏振编码模块130，第一环形器131，第一相位调制器132，第一法拉第旋转镜133，相位编码模块140，第一光纤分束器141，2X2偏振分束器142，第二相位调制器143，法拉第旋转器144，电可调衰减器150，接收端200，纠偏模块210，相位解码模块220，偏振解码模块230，第二环形器231，第二光纤分束器232，1X2偏振分束器233，第三环形器234三端口，第四环形器235，第三相位调制器236、第二法拉第旋转镜237，第四相位调制器238，第三法拉第旋转镜239，单光子探测器240。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术进行清楚、完整地描述。如图1所示，一种偏振与相位复合编码的量子密钥分发系统，包括发送端100与接收端200，所述发送端100包括依次连接的激光器110、强度调制器120、偏振编码模块130、相位编码模块140以及电可调衰减器150，所述接收端200包括依次连接的相位解码模块220、偏振解码模块230以及单光子探测器240，所述发送端100与接收端200通过单模光纤连接。如图2所示，实施例一，所述偏振编码模块130包括依次连接的第一环形器131、第一相位调制器132以及第一法拉第旋转镜133，所述相位编码模块140包括第一光纤分束器141、2X2偏振分束器142、第二相位调制器143以及法拉第旋转器144，所述第一光纤分束器141的三端口、四端口分别通过长短臂光纤连接2X2偏振分束器142的一端口、二端口，所述2X2偏振分束器142的三端口、四端口分别通过保偏光纤连接法拉第旋转器144以及第二相位调制器143，且第二相位调制器143与法拉第旋转器144之间通过保偏光纤相连，第一光纤分束器141一端口连接第一环形器131三端口，二端口连接电可调衰减器150；所述相位解码模块220的结构与相位编码模块140一致，所述偏振解码模块230包括第二环形器231与第二光纤分束器232，所述第二环本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种偏振与相位复合编码的量子密钥分发系统，包括发送端与接收端，其特征在于，所述发送端包括依次连接的激光器、强度调制器、偏振编码模块、相位编码模块以及电可调衰减器，所述接收端包括依次连接的相位解码模块、偏振解码模块以及单光子探测器，所述发送端与接收端通过单模光纤连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种偏振与相位复合编码的量子密钥分发系统，包括发送端与接收端，其特征在于，所述发送端包括依次连接的激光器、强度调制器、偏振编码模块、相位编码模块以及电可调衰减器，所述接收端包括依次连接的相位解码模块、偏振解码模块以及单光子探测器，所述发送端与接收端通过单模光纤连接。


2.如权利要求1所述偏振与相位复合编码的量子密钥分发系统，其特征在于，所述偏振编码模块包括依次连接的第一环形器、第一相位调制器以及第一法拉第旋转镜，所述相位编码模块包括第一光纤分束器、2X2偏振分束器、第二相位调制器以及法拉第旋转器，所述第一光纤分束器的三端口、四端口分别通过长短臂光纤连接2X2偏振分束器的一端口、二端口，所述2X2偏振分束器的三端口、四端口分别通过保偏光纤连接法拉第旋转器以及第二相位调制器，且第二相位调制器与法拉第旋转器之间通过保偏光纤相连，第一光纤分束器一端口连接第一环形器三端口，二端口连接电可调衰减器；所述相位解码模块的结构与相位编码模块一致，所述偏振解码模块包括第二环形器与第二光纤分束器，所述第二环形器一端口通过光纤连接发送端的电可控衰减器，二端口连接相位解码模块中第一光纤分束器一端口，三端口通过延时线连接第二光纤分束器的二端口，相位解码模块中第一光纤分束器二端口连接第二光纤分束器一端口、第二光纤分束器的三端口、四端口均连接一路1X2偏振分束器一端口，两路1X2偏振分束器均设置有纠偏模块，两路1X2偏振分束器的二端口、三端口均连接有单光...

【专利技术属性】
技术研发人员：王东，宋萧天，赵义博，曹兆龙，
申请(专利权)人：赵义博，宋萧天，
类型：发明
国别省市：北京;11