一种量子密钥分发系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种量子密钥分发系统，涉及量子通信技术领域，所述系统包括发射机和接收机，发射机包括依次串联的光源、相位编码及偏振选择模块、强度调制器、光可变衰减器，接收机包括依次串联的第二不等臂干涉仪和第一光电探测器，第二不等臂干涉仪包括长臂、短臂、第二偏振分束器和第二分束器，第二不等臂干涉仪的输入端连接第二偏振分束器，第二不等臂干涉仪的输出端连接第二分束器；相位编码及偏振选择模块包括一个具有长臂和短臂的不等臂干涉仪，相位编码及偏振选择模块中不等臂干涉仪的臂长差与第二不等臂干涉仪的臂长差相同。本申请的量子密钥分发系统实现复杂度低、插损小、成码率高。

A quantum key distribution system

【技术实现步骤摘要】
一种量子密钥分发系统
本申请涉及量子通信
，具体涉及一种量子密钥分发系统。
技术介绍
量子密钥分发是量子通信领域的研究热点之一，目前主流的量子密钥分发编码方案主要有三种，分别是：偏振编码、相位编码和时间比特-相位编码。偏振编码方案最早于1984年提出，优点在于，接收端插损低、成本低且结构简单，但是缺点也很明显，光纤偏振扰动对偏振系统的影响较大，会直接影响误码率。实际应用中，在架空光缆环境下，需要频繁起动偏振反馈机制或者增设快偏模块来控制误码率以达到正常水平，这样才能保证成码，然而，增加的结构和机制同时也带来了时间上的浪费以致成码率降低或者不稳定。相位编码方案使用不等臂干涉仪制备光脉冲，通过对前后两个光脉冲增加相对相位差来承载信息。优点在于，相位编码方案受光纤偏振变化的影响较小，即使偏振发生变化而导致接收的计数率下降，也不会导致光学误码率上升，因此，相位编码方案更适合于偏振变化比较剧烈的情形。该编码方案的缺点在于传统相位系统的接收端插损很大，比偏振编码系统的接收端插损增加至少3dB，当外界环境恶劣时，接收端损耗还会增加，导致成码率以及最远成码距离偏低。在上述两个编码方案的基础上，出现了时间比特-相位编码的方案，该方案结合了时间基矢和相位基矢。优点在于，时间基矢比偏振和相位要稳定得多，所以在一定程度上提高了成码率，此外，相位基矢可以适当摆脱系统对偏振的影响以适应复杂的外界环境。然而由于存在相位基矢，该方案并未完全克服相位编码方案的缺陷，即相位基矢接收端插损大且非干涉部分存在3dB固有损耗，导致最终成码率的提高有限。此外，目前主流的量子密钥分发编码方案是基于BB84协议，BB84协议需要四种编码状态，实现复杂性较高。已经提出的BB84协议的更简单版本是所谓的“三态协议(Three-stateProtocal)”，进一步的理论研究表明，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操作，最重要的是，最新研究表明，三态协议的性能与BB84协议完全相同，这意味着BB84协议中的第四种状态是多余的。
技术实现思路
本申请提供一种量子密钥分发系统，以解决现有量子密钥分发的编码、解码系统实现复杂度高、插损大、成码率低的问题。一种量子密钥分发系统，包括发射机和接收机；所述发射机包括：光源、相位编码及偏振选择模块、强度调制器、光可变衰减器；所述接收机包括：第二不等臂干涉仪、第一光电探测器；所述光源、所述相位编码及偏振选择模块、所述强度调制器以及所述光可变衰减器依次串联，所述第二不等臂干涉仪与所述第一光电探测器依次串联；所述第二不等臂干涉仪包括长臂、短臂、第二偏振分束器和第二分束器，所述第二不等臂干涉仪的输入端连接所述第二偏振分束器，所述第二不等臂干涉仪的输出端连接所述第二分束器；所述相位编码及偏振选择模块包括一个具有长臂和短臂的不等臂干涉仪，所述相位编码及偏振选择模块中不等臂干涉仪的臂长差与所述第二不等臂干涉仪的臂长差相同。优选地，所述相位编码及偏振选择模块中的不等臂干涉仪为第一不等臂干涉仪，所述第一不等臂干涉仪包括一个第一分束器和一个第一偏振分束器，所述第一不等臂干涉仪的输入端连接所述第一分束器，所述第一不等臂干涉仪的输出端连接所述第一偏振分束器，所述第一不等臂干涉仪的臂长差与所述第二不等臂干涉仪的臂长差相同。优选地，所述相位编码及偏振选择模块中的不等臂干涉仪为第三不等臂干涉仪，所述第三不等臂干涉仪包括一个第一分束器和一个第四分束器，所述第三不等臂干涉仪的输入端连接所述第一分束器，所述第三不等臂干涉仪的输出端连接所述第四分束器，所述第三不等臂干涉仪的臂长差与所述第二不等臂干涉仪的臂长差相同，所述相位编码及偏振选择模块还包括一个偏振调制器，所述偏振调制器的输入端连接所述第三不等臂干涉仪的输出端，所述偏振调制器的输出端连接所述强度调制器的输入端。优选地，所述接收机还包括第三分束器和第二光电探测器，所述第三分束器的一个输出端连接于所述第二不等臂干涉仪的输入端，所述第三分束器的另一个输出端连接于所述第二光电探测器。优选地，所述接收机还包括第三分束器、第三偏振分束器、第二光电探测器以及第三光电探测器；所述第三分束器的一个输出端连接于所述第二不等臂干涉仪的输入端，所述第三分束器的另一个输出端连接于所述第三偏振分束器；所述第三偏振分束器的一个输出端连接于所述第二光电探测器，所述第三偏振分束器的另一个输出端连接于所述第三光电探测器。优选地，所述接收机还包括第三分束器、第三偏振分束器、第二光电探测器、第三光电探测器以及第四光电探测器；所述第三分束器的一个输出端连接于所述第二不等臂干涉仪的输入端，所述第三分束器的另一个输出端连接于所述第三偏振分束器；所述第三偏振分束器的一个输出端连接于所述第二光电探测器，所述第三偏振分束器的另一个输出端连接于所述第三光电探测器；所述第二分束器还包括另一个输出端口，所述第二分束器的一个输出端口连接于所述第一光电探测器，所述第二分束器的另一个输出端口连接于所述第四光电探测器。优选地，所述接收机还包括电控偏振控制器，所述电控偏振控制器连接于所述第三分束器的输出端与所述第二不等臂干涉仪的输入端之间。优选地，所述发射机还包括电控偏振控制器，所述电控偏振控制器连接于所述发射机的输出端。优选地，所述接收机还包括电控偏振控制器，所述电控偏振控制器连接于所述接收机的输入端。优选地，所述发射机包括两个光可变衰减器，所述相位编码及偏振选择模块中不等臂干涉仪的长臂上包含一个光可变衰减器，所述相位编码及偏振选择模块中不等臂干涉仪的短臂上包含一个光可变衰减器。优选地，所述光源为斩波式光源、单激光器、脉冲注入锁定激光器与电吸收调制激光器中的一种。由以上本申请提供的技术方案可见，通过设置光源、相位编码及偏振选择模块、强度调制器、光可变衰减器可以实现三态编码以及诱骗态和量子态的制备，大大降低了系统实现的复杂度；此外，通过在发射机与接收机中设置相位编码及偏振选择模块、偏振分束器以及电控偏振控制器，可以使最终的光脉冲发生完全干涉，减少了系统的插损，消除了相位基矢接收端非干涉部分存在的3dB固有损耗，可以解决现有量子密钥分发的编码、解码系统插损大、成码率低的问题。参照后文的说明和附图，详细公开了本技术的特定实施方式，指明了本技术的原理可以被采用的方式。应该理解，本技术的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本技术的实施方式包括许多改变、修改和等同。针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。附图说明在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本技术公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本技术的理解，并不是具体限定本技术各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种量子密钥分发系统，其特征在于，包括发射机和接收机；/n所述发射机包括：光源、相位编码及偏振选择模块、强度调制器、光可变衰减器；/n所述接收机包括：第二不等臂干涉仪、第一光电探测器；/n所述光源、所述相位编码及偏振选择模块、所述强度调制器以及所述光可变衰减器依次串联，所述第二不等臂干涉仪与所述第一光电探测器依次串联；/n所述第二不等臂干涉仪包括长臂、短臂、第二偏振分束器和第二分束器，所述第二不等臂干涉仪的输入端连接所述第二偏振分束器，所述第二不等臂干涉仪的输出端连接所述第二分束器；/n所述相位编码及偏振选择模块包括一个具有长臂和短臂的不等臂干涉仪，所述相位编码及偏振选择模块中不等臂干涉仪的臂长差与所述第二不等臂干涉仪的臂长差相同。/n

【技术特征摘要】
1.一种量子密钥分发系统，其特征在于，包括发射机和接收机；
所述发射机包括：光源、相位编码及偏振选择模块、强度调制器、光可变衰减器；
所述接收机包括：第二不等臂干涉仪、第一光电探测器；
所述光源、所述相位编码及偏振选择模块、所述强度调制器以及所述光可变衰减器依次串联，所述第二不等臂干涉仪与所述第一光电探测器依次串联；
所述第二不等臂干涉仪包括长臂、短臂、第二偏振分束器和第二分束器，所述第二不等臂干涉仪的输入端连接所述第二偏振分束器，所述第二不等臂干涉仪的输出端连接所述第二分束器；
所述相位编码及偏振选择模块包括一个具有长臂和短臂的不等臂干涉仪，所述相位编码及偏振选择模块中不等臂干涉仪的臂长差与所述第二不等臂干涉仪的臂长差相同。


2.根据权利要求1所述的量子密钥分发系统，其特征在于，所述相位编码及偏振选择模块中的不等臂干涉仪为第一不等臂干涉仪，所述第一不等臂干涉仪包括一个第一分束器和一个第一偏振分束器，所述第一不等臂干涉仪的输入端连接所述第一分束器，所述第一不等臂干涉仪的输出端连接所述第一偏振分束器，所述第一不等臂干涉仪的臂长差与所述第二不等臂干涉仪的臂长差相同。


3.根据权利要求1所述的量子密钥分发系统，其特征在于，所述相位编码及偏振选择模块中的不等臂干涉仪为第三不等臂干涉仪，所述第三不等臂干涉仪包括一个第一分束器和一个第四分束器，所述第三不等臂干涉仪的输入端连接所述第一分束器，所述第三不等臂干涉仪的输出端连接所述第四分束器，所述第三不等臂干涉仪的臂长差与所述第二不等臂干涉仪的臂长差相同，所述相位编码及偏振选择模块还包括一个偏振调制器，所述偏振调制器的输入端连接所述第三不等臂干涉仪的输出端，所述偏振调制器的输出端连接所述强度调制器的输入端。


4.根据权利要求1所述的量子密钥分发系统，其特征在于，所述接收机还包括第三分束器和第二光电探测器，所述第三分束器的一个输出端连接于所述第二不等臂干涉仪的输入端，所述第三分束器的另一个输出端连接于所述第二光电探测器。


5.根据权利要求1所述的量子密钥分发系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
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