一种解码器和时间编码量子密钥分发解码方法技术

本发明专利技术公开了一种解码器，包括偏振调制器、偏振分束器、不等臂干涉环、法拉第反射镜和单光子探测器，其中：偏振调制器用于输入量子信号并输出至偏振分束器，偏振分束器将量子信号分成第一分量和第二分量后分别输出至法拉第反射镜和不等臂干涉环，单光子探测器连接偏振分束器。还公开了一种方法，包括量子信号先经过偏振调制器、偏振分束器被分成第一分量和第二分量；第一分量直接生成Z基解码信号，第二分量经过不等臂干涉环生成Z基解码信号和X基解码信号，再利用偏振耦合器耦合后分别进入同一个单光子探测器进行探测。本发明专利技术可获得能量比值任意可调的X基和Z基解码信号，并且将单光子探测器使用数量降至1个，可大幅降低成本。

A decoding method of decoder and time coded quantum key distribution

【技术实现步骤摘要】
一种解码器和时间编码量子密钥分发解码方法
本专利技术涉及量子信息
，具体的说，是一种解码器和时间编码量子密钥分发解码方法。
技术介绍
量子密钥分发是唯一在理论上具有无条件安全性的密钥传输形式，目前已经处在产业化的边缘。它的编码方式主要有时间编码、相位编码和偏振编码三种，分别将信息编码在光的相对到达时间、相对相位和偏振态上。在光纤传输中，由于受到双折射效应的影响，光的偏振态会发生随机变化，而光出现的时间窗(相对到达时间)和它的相对相位则更加稳定。时间编码量子密钥分发利用了时间窗和相对相位分别进行编码和误码率估计，具有结构简单、稳定且密钥生成率高的优点。比如，仅制备三个量子态的时间编码方案(BoaronAetal.Simple2.5GHztime-binquantumkeydistribution[J].AppliedPhysicsLetters，2018，112(17).)将200Km通信距离上的量子密钥生成率世界纪录提升了一个数量级。这三个态中，时间窗只靠前(前脉冲)或只靠后(后脉冲)的量子态为Z基编码，可分别编码为经典比特1和0，前后脉冲同时存在且相对相位固定的量子态为X基编码。X基编码的量子态仅用于误码率估计，由于其相对相位固定，因而无需主动相位调制，避免了相位调制器带来的成本、插入损耗和非完美性引起的误码率，大大简化了系统复杂度。然而，上述方案还存在以下两个主要缺点：1、由于光分束器的分束比固定，接收端的解码器被动选择Z基和X基测量(解码)的概率比值不可调，因而不能通过修改该比值来优化不同量子信道损耗下的量子密钥生成率；2、针对Z基和X基测量，接收端的解码器分别采用了不同的单光子探测器(非经典通信器，价格较高)，导致系统成本上升。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种解码器和时间编码量子密钥分发解码方法，用于解决现有技术中不能通过修改Z基和X基的概率比值优化不同量子信道损耗下的量子密钥生成率以及解码器不能采用同一单光子探测器导致系统成本较高的问题。本专利技术通过下述技术方案解决上述问题：一种解码器，包括偏振调制器、偏振分束器、不等臂干涉环、法拉第反射镜和单光子探测器，其中：所述偏振调制器用于输入经过量子信道传输后的量子信号；所述偏振分束器包括第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端，所述第一输入端连接所述偏振调制器的输出端，用于将量子信号分成第一分量和第二分量，所述第一分量通过所述第一输出端输出至所述法拉第反射镜，所述第二分量通过所述第二输出端输出至所述不等臂干涉环；所述单光子探测器连接所述偏振分束器的第二输入端。偏振调制器通过调制量子信号的偏振态可任意调节所述第一分量和第二分量的能量比例，当量子信号为Z基编码时，所述第一分量直接作为Z基解码信号，所述第二分量进入所述不等臂干涉环后形成的时间上可区分来源的部分也作为Z基解码信号；当量子信号为X基编码时，所述第二分量进入所述不等臂干涉环后发生干涉的部分生成X基解码信号；由于法拉第反射镜的反射和90度偏振旋转作用，所述第一分量和第二分量都将返回所述偏振分束器并被耦合至其第二输入端输出；所述单光子探测器连接所述偏振分束器的第二输入端，用于探测所述Z基和X基解码信号。因此，不仅实现了Z基解码信号和X基解码信号的概率比值，而且，可采用同一单光子探测器来探测Z基解码信号和X基解码信号，将单光子探测器的数量将至1个，降低了系统成本。进一步地，所述不等臂干涉环包括光分束器、第一法拉第反射镜、第二法拉第反射镜和第二延迟线，所述光分束器包括输入端A、输出端B1和输出端B2，所述输入端A作为所述不等臂干涉环的输入端，所述输出端B1通过第一光路连接所述第一法拉第反射镜，所述输出端B2通过第二光路连接所述第二法拉第反射镜，所述第二延迟线位于所述第一光路或者第二光路中。采用第二延迟线使Z基和X基解码信号不能同时达到单光子探测器，使两者在时间上可区别来源。一种时间编码量子密钥分发解码方法，包括：步骤S100：经过量子信道传输后的量子信号先经过偏振调制器，再经过偏振分束器被分成第一分量和第二分量；步骤S200：所述第一分量直接生成第一Z基解码信号，所述第二分量经过不等臂干涉环生成第二Z基解码信号和X基解码信号；步骤S300：利用偏振耦合器将所述第一Z基解码信号、第二Z基解码信号和X基解码信号耦合后进入同一个单光子探测器进行探测，所述第一Z基解码信号、第二Z基解码信号和X基解码信号耦合后不能同时到达单光子探测器。通过调节偏振调制器可任意调节第一和第二分量的能量比值，进而调节被动选择Z基和X基测量的概率比值；进一步地，所述偏振耦合器包括法拉第反射镜和不等臂干涉环，所述第一分量输入所述法拉第反射镜，所述第二分量进入所述不等臂干涉环，所述法拉第反射镜与所述偏振分束器之间的光路还包含第一延迟线，所述第一延迟线用于使所述Z基解码信号和X基解码信号不能同时到达所述单光子探测器。进一步地，所述不等臂干涉环包括光分束器、第一法拉第反射镜、第二法拉第反射镜和第二延迟线，所述光分束器包括输入端A、输出端B1和输出端B2，所述输入端A作为所述不等臂干涉环的输入端，所述输出端B1通过第一光路连接所述第一法拉第反射镜，所述输出端B2通过第二光路连接所述第二法拉第反射镜，所述第二延迟线位于所述第一光路或者第二光路中。由于法拉第反射镜、第一法拉第反射镜和第二法拉第反射镜的反射和90度偏振旋转作用，所述第一分量和第二分量都将返回所述偏振分束器并被耦合至偏振分束器的第二输入端输出。进一步地，所述偏振调制器通过手动或者电控方式调制量子信号的偏振态，用于调节所述第一分量和第二分量的能量比例。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：(1)本专利技术利用偏振调制器来调制量子信号的偏振态，再通过偏振分束器就可获得能量比值任意可调的X基和Z基解码信号，进而可优化在不同量子信道衰减情况下的密钥生成率。(2)本专利技术利用法拉第反射镜的反射、90度偏振旋转作用以及偏振分束器的耦合作用，将X基解码信号和Z基解码信号耦合进同一个单光子探测器，从而将单光子探测器使用数量降至1个，可大幅降低成本。附图说明图1为解码器的基本结构示意图；图2为单光子探测器产生计数的时间窗口的示意图；其中，1-偏振调制器；2-偏振分束器；3-第一延迟线；4-法拉第反射镜；5-光分束器；6-第二延迟线；7-第一法拉第反射镜；8-第二法拉第反射镜；9-单光子探测器。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步地详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1：结合附图1所示，一种解码器，该解码器包含偏振调制器1、偏振分束器2、第一延迟线3、法拉第反射镜4、光分束器5、第二延迟线6、第一法拉第反射镜7、第二法拉第反射镜8和单光子探测器9，器件之间的连接线表示光路，解码过程如下所述：量子信号进入偏振调制器1后其偏振态被调制，如果经过信道传输后本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种解码器，其特征在于，包括偏振调制器、偏振分束器、不等臂干涉环、法拉第反射镜和单光子探测器，其中：/n所述偏振调制器用于输入经过量子信道传输后的量子信号；/n所述偏振分束器包括第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端，所述第一输入端连接所述偏振调制器的输出端，用于将量子信号分成第一分量和第二分量，所述第一分量通过所述第一输出端输出至所述法拉第反射镜，所述第二分量通过所述第二输出端输出至所述不等臂干涉环；/n所述单光子探测器连接所述偏振分束器的第二输入端。/n

【技术特征摘要】
1.一种解码器，其特征在于，包括偏振调制器、偏振分束器、不等臂干涉环、法拉第反射镜和单光子探测器，其中：
所述偏振调制器用于输入经过量子信道传输后的量子信号；
所述偏振分束器包括第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端，所述第一输入端连接所述偏振调制器的输出端，用于将量子信号分成第一分量和第二分量，所述第一分量通过所述第一输出端输出至所述法拉第反射镜，所述第二分量通过所述第二输出端输出至所述不等臂干涉环；
所述单光子探测器连接所述偏振分束器的第二输入端。


2.根据权利要求1所述的一种解码器，其特征在于，所述不等臂干涉环包括光分束器、第一法拉第反射镜、第二法拉第反射镜和第二延迟线，所述光分束器包括输入端A、输出端B1和输出端B2，所述输入端A作为所述不等臂干涉环的输入端，所述输出端B1通过第一光路连接所述第一法拉第反射镜，所述输出端B2通过第二光路连接所述第二法拉第反射镜，所述第二延迟线位于所述第一光路或者第二光路中。


3.一种时间编码量子密钥分发解码方法，其特征在于，包括：
步骤S100：经过量子信道传输后的量子信号先经过偏振调制器，再经过偏振分束器被分成第一分量和第二分量；
步骤S200：所述第一分量直接生成第一Z基解码信号，所述第二分量经过不等臂干涉环生成第二Z基解码信...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈华，姚天问，张奔，张志，张波，徐战，
申请(专利权)人：四川航天系统工程研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51