基于时间相位编码的量子密钥发射机及量子密钥分发系统技术方案

本申请提供一种基于时间相位编码的量子密钥发射机及量子密钥分发系统，其中基于时间相位编码的量子密钥发射机，包括：相位态编码模块、时间态编码模块以及光开关。当需要编制相位态的诱骗态时，控制光开关选择所述相位态编码模块输出的信号，不需要控制强度调制器对脉冲对中的每一个脉冲都进行调制，直接使用光衰减器进行整体衰减即可。另外本申请相位态编码模块输出信号即相位态的诱骗态，不需要额外的交互，不需要像现有技术中根据编码的需求控制强度调制器改变不同的调制驱动方式，因此这会大大降低强度调制器的工作强度，也降低了强度调制器的驱动电路设计难度，从而使得QKD设备容易实现。

Quantum key transmitter and quantum key distribution system based on time phase encoding

【技术实现步骤摘要】
基于时间相位编码的量子密钥发射机及量子密钥分发系统
本申请涉及量子保密通信
，具体涉及一种基于时间相位编码的量子密钥发射机及量子密钥分发系统。
技术介绍
量子保密通信是近年来发展起来的新型通信技术，是量子理论和信息论相结合产生的新学科，它利用量子物理的基本特性来实现通信的无条件安全。其中，量子密钥分发(QKD)作为量子通信技术中最早实现商用化的分支十余年来已经引起广泛关注，并获得了快速发展。QKD是利用物质（如光子）的量子特性来设计加解密方案，其安全性是基于量子力学的基本原理而不是数学计算的复杂性。QKD利用海森堡不确定性原理和未知量子态不可克隆原理来发现窃听的存在，理论上确保了信息的无条件安全性。在实际应用中，QKD利用这一原理，可使事先没有共享秘密信息的双建立通信密钥，再采用香农已证明的“一次一密”密码通信，即可保证双方的通信安全。目前，最常用的QKD协议是BB84协议(Bennett和Brassard，1984)，这是由于该协议已被证明可以抵御最普通的攻击集合的事实。BB84结合诱骗态方案能很好地解决非理想单光子源安全隐患，是目前应用最广泛和实用化程度最高的方案。然而BB84协议中却需要4种编码状态，因此提出了BB84协议的更简单版本，即所谓的“三态协议”。Fung等人三态协议这个协议可以抵御一般的攻击，Tamaki等人证明了三态协议是具有丢失容忍性的，这意味着即使在光源不完善的情况下三态协议也可以在长距离上进行通信，除此之外理论也证明了三态协议的性能与BB84协议的性能完全相同，这意味着BB84协议中的第四种状态是多余的。因此，基于三态协议的QKD大大降低了量子保密通信实现的难度。目前基于三态协议的QKD的发射机的结构如下：当需要调制两时间态和一相位态时，其发射机的结构如图1所示，包括依次相连接的光源、马赫曾德尔(MZ)不等臂干涉仪、强度调制器（IM）以及光衰减器（ATT），光源发射的每光脉冲经过MZ不等臂干涉仪后分成包括前后两个光脉冲的脉冲对，光脉冲对进入强度调制器随机消除前一个脉冲和/或者后一个脉冲，或者不进行消光处理，从而进行两时间态、一相位态以及真空态的编码，经过ATT衰减后发出单光子状态的量子信号。然而，上述现有的方案中光源发射的每光脉冲经过MZ不等臂干涉仪后分成包括前后两个光脉冲的脉冲对，无论在调制相位态的诱骗态时，还是调制时间态等信号，均需要控制强度调制器对脉冲对调制得到相位态的诱骗态、时间态、时间态的诱骗态以及真空态信号，因此这会大大提高强度调制器的工作强度，导致强度调制器的驱动电路设计难度大，增大了QKD设备的实现难度。
技术实现思路
本申请提供一种基于时间相位编码的量子密钥发射机及量子密钥分发系统，以解决现有方案中强度调制器的工作强度高，强度调制器驱动电路设计难度大的问题。本申请的第一方面提供一种基于时间相位编码的量子密钥发射机，包括：相位态编码模块、时间态编码模块以及光开关；所述相位态编码模块包括第一光源、不等臂干涉仪以及第一衰减器，所述第一光源与所述不等臂干涉仪的一个输入端连接，所述第一衰减器与所述不等臂干涉仪的输出端连接；所述时间态编码模块包括依次连接的第二光源以及第一强度调制器；所述光开关，用于根据需求将第一衰减器或第一强度调制器输出的信号输入至主光路中。优选地，所述时间态编码模块还包括依次连接的第三光源以及第二强度调制器；所述光开关，用于根据需求将第一衰减器、第一强度调制器或第二强度调制器输出的信号输入至主光路中。优选地，所述相位态编码模块还包括第四光源；所述第四光源与所述不等臂干涉仪的另一个输入端连接。优选地，所述光开关还包括空端口，用于编码真空态信号。优选地，所述量子密钥发射机还包括第二衰减器，所述第二衰减器设置于主光路上，用于将主光路中的光信号衰减至所需的强度。一种量子密钥分发系统，包括量子密钥发射机以及量子密钥接收机，该量子密钥发射机包括上述任意一项所述的量子密钥发射机。优选地，所述量子密钥接收机包括第一探测模块：第一探测模块包括不等臂干涉仪以及一或二个光电探测器；所述不等臂干涉仪用于相位态信号的解码；所述不等臂干涉仪的输出端的透射端连接一个光电探测器和/或所述不等臂干涉仪的输出端的反射端连接一个光电探测器，用于探测解码后的相位态信号以及时间态信号。优选地，所述量子密钥接收机还包括分束装置以及第二探测模块；所述第一探测模块和第二探测模块分别连接所述分束装置两个输出端上：所述第二探测模块包括第一光路和/或第二光路，当所述第二探测模块包括所述第一光路和第二光路时，所述第一光路和第二光路通过分束器与分束装置连接，所述第一光路连接一个光电探测器和/或第二光路连接一个光电探测器。本申请提供一种基于时间相位编码的量子密钥发射机及量子密钥分发系统，相对于现有技术具有以下优点：当需要编制相位态的诱骗态时，控制光开关选择所述相位态编码模块输出的信号，所述相位态编码模块中的第一光源发射的光脉冲经过所述不等臂干涉仪后形成相干的脉冲对，该脉冲对即为编码好的相位态信号，而相位态的诱骗态信号只需将脉冲对的强度整体降低即可，因此通过光衰减器将不等臂干涉仪输出的脉冲强度整体压低即可。因此当系统进行相位态编码时，不需要控制强度调制器对脉冲对中的每一个脉冲都进行调制，直接使用光衰减器进行整体衰减即可。另外本申请相位态编码模块输出信号即相位态的诱骗态，不需要额外的交互，不需要像现有技术中根据编码的需求控制强度调制器改变不同的调制驱动方式，而当需要编制时间态或时间态的诱骗态时，控制光开关选择所述时间态编码模块输出的信号，此时只需要控制第一强度调制器来调节时间态有关的信号即可，因此这会大大降低强度调制器的工作强度，也降低了强度调制器的驱动电路设计难度，从而使得QKD设备容易实现。附图说明为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为现有的技术中的量子密钥发射机的结构示意图；图2为本申请的第一种基于时间相位编码的量子密钥发射机结构示意图；图3为本申请的第二种基于时间相位编码的量子密钥发射机结构示意图；图4为本申请的第三种基于时间相位编码的量子密钥发射机结构示意图；图5为本申请的第四种基于时间相位编码的量子密钥发射机结构示意图；图6为本申请的第五种基于时间相位编码的量子密钥发射机结构示意图；图7为本申请的第六种基于时间相位编码的量子密钥发射机结构示意图；图8为本申请的第一种量子密钥接收机的结构示意图；图9为本申请的第二种量子密钥接收机的结构示意图；图10为本申请的第三种量子密钥接收机的结构示意图；图11为本申请的第四种量子密钥接收机的结构示意图；图12为本申请的第五种量本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于时间相位编码的量子密钥发射机，其特征在于，包括：相位态编码模块、时间态编码模块以及光开关；/n所述相位态编码模块包括第一光源、不等臂干涉仪以及第一衰减器，所述第一光源与所述不等臂干涉仪的一个输入端连接，所述第一衰减器与所述不等臂干涉仪的输出端连接；/n所述时间态编码模块包括依次连接的第二光源以及第一强度调制器；/n所述光开关，用于根据需求将第一衰减器或第一强度调制器输出的信号输入至主光路中。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于时间相位编码的量子密钥发射机，其特征在于，包括：相位态编码模块、时间态编码模块以及光开关；
所述相位态编码模块包括第一光源、不等臂干涉仪以及第一衰减器，所述第一光源与所述不等臂干涉仪的一个输入端连接，所述第一衰减器与所述不等臂干涉仪的输出端连接；
所述时间态编码模块包括依次连接的第二光源以及第一强度调制器；
所述光开关，用于根据需求将第一衰减器或第一强度调制器输出的信号输入至主光路中。


2.根据权利要求1所述的量子密钥发射机，其特征在于，所述时间态编码模块还包括依次连接的第三光源以及第二强度调制器；
所述光开关，用于根据需求将第一衰减器、第一强度调制器或第二强度调制器输出的信号输入至主光路中。


3.根据权利要求1所述的量子密钥发射机，其特征在于，所述相位态编码模块还包括第四光源；
所述第四光源与所述不等臂干涉仪的另一个输入端连接。


4.根据权利要求1-3任意一项所述的量子密钥发射机，其特征在于，所述光开关还包括空端口，用于编码真空态信号。


5.根据权利要求4所述的量子密钥发射机，其特征在于，所述量子密钥...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴微微，高天，冯昌恒，
申请(专利权)人：北京中创为南京量子通信技术有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32