一种时间-相位量子密钥编码装置、系统及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种时间‑相位量子密钥编码装置、系统及方法。本发明专利技术时间‑相位量子密钥编码装置包括种子激光器，其发出种子光脉冲；第一编码激光器、第二编码激光器、第三编码激光器分别接受经分束后的种子光脉冲，采用注入锁定技术，发出与种子光脉冲具有相同中心波长的脉冲光信号；不等臂干涉仪，接收脉冲光信号形成编码信号并输出；光学调制单元，可制备诱骗态量子密钥编码。本发明专利技术安全性高，成码实现技术容易，编码速度高，成码率高误码率低，应用成本低。

【技术实现步骤摘要】
一种时间-相位量子密钥编码装置、系统及方法
本专利技术涉及量子通信
，特别地涉及一种时间-相位量子密钥编码装置、系统及方法。
技术介绍
保密技术是通信技术的核心之一。目前最常用的RSA加密算法在理论上并不是绝对安全的。量子保密通信作为在量子力学、现代通信以及现代密码学等基础上发展出来的新兴技术，基于量子力学的基本原理，利用“一次一密”的方式对信息进行加密，具有不可破译的特性，拥有无可比拟的安全优势。BB84协议是量子保密通信领域最为基础的量子密钥分发协议。BB84协议是利用单光子四个偏振态进行编码，这四个偏振态分属两组共轭基，同组基内两个偏振态相互正交，不同组基内的偏振态非正交。BB84协议利用了正交量子态可严格区分以及无法对共轭基偏振态进行精确测量的特性，实现了安全的密钥分发。随着量子密钥分发的理论和技术的不断发展，BB84协议存在的缺陷也暴露出来。现有技术条件下，目前尚无技术成熟、可以大规模商业化应用的BB84协议所要求的单光子光源，通常采用的是弱相干光源，但是采用该光源的量子密钥分发系统会受到光子数分离攻击，从而使得系统安全性降低。此外，BB84协议采用的是偏振态进行编码，容易受到光纤偏振扰动的影响，导致传输距离短、误码率高等问题。针对BB84协议存在的问题，发展出了诱骗态BB84协议，并在诱骗态BB84协议基础上发展出了时间相位编码方式。时间相位编码采用时间基矢以及相位基矢进行编码，可以做到完全的偏振无关性，而且能大大降低接收端插损，从而提高系统的成码率、成码距离，以及实现抗外界环境扰动的稳定性，同时还能够适应长距离架空光缆环境。现有技术中采用多激光器实现的时间-相位量子密钥编码装置，存在成码实现技术复杂、误码率高、实现成本高等亟需解决的技术问题。因此，亟需一种成码技术易于实现、成码率高、成本低的时间-相位量子密钥编码装置、系统及方法。
技术实现思路
针对现有技术中存在的技术问题，本专利技术提出一种时间-相位量子密钥编码装置，包括：种子激光器，其经配置发出种子光脉冲；光纤分束器，其经配置可以接收所述种子光脉冲并分束后，分别经第一光学传输单元、第二光学传输单元、第三光学传输单元，分别传输至第一编码激光器、第二编码激光器、第三编码激光器；所述第一编码激光器、第二编码激光器、第三编码激光器，其经配置可以发出中心波长与种子光脉冲中心波长相同的脉冲光信号；不等臂干涉仪，包括第一光程L1、第二光程L2，光程差ΔL=L1－L2，所述不等臂干涉仪经配置接收脉冲光信号形成编码信号并输出；所述不等臂干涉仪经设计，符合公式ΔL/cT=d，其中c为光速，T为所述种子光脉冲周期即系统周期，d的取值范围为（1/5~4/5）D，进一步为D/2，其中D为所述种子光脉冲的占空比；所述第一编码激光器，其经配置发出的脉冲光信号经不等臂干涉仪形成相位差为π的相位编码；所述第二编码激光器，其经配置发出的脉冲光信号经不等臂干涉仪形成相位差为0的相位编码；所述第三编码激光器，其经配置发出脉冲光信号形成Z基矢时间编码。如上所述的时间-相位量子密钥编码装置，进一步包括：所述种子光脉冲周期为T；频率为100MHz~2.5GHz；占空比D为1/5~4/5，进一步为1/2。如上所述的时间-相位量子密钥编码装置，进一步包括：系统周期为T；系统主频为100MHz~2.5GHz。如上所述的时间-相位量子密钥编码装置，进一步包括：所述第一光学传输单元、第二光学传输单元、第三光学传输单元可以是环形器。如上所述的时间-相位量子密钥编码装置，进一步包括：量子随机数发生装置，其经配置发出量子随机数；主控装置，其经配置接收所述量子随机数，分别向第一编码激光器控制器、第二编码激光器控制器、第三编码激光器控制器发出第一编码激光器控制器控制信号、第二编码激光器控制器控制信号、第三编码激光器控制器控制信号；所述第一编码激光器控制器、第二编码激光器控制器、第三编码激光器控制器分别向所述第一编码激光器、第二编码激光器、第三编码激光器发出第一编码激光器控制信号、第二编码激光器控制信号、第三编码激光器控制信号；所述第一编码激光器、第二编码激光器、第三编码激光器可以是与所述种子激光器相同的激光器，分别接收种子光脉冲后，随机发出脉冲光信号，并对所述脉冲光信号的光强进行调节。如上所述的时间-相位量子密钥编码装置，进一步包括：主激光器控制器，其经配置接收所述主控装置发出的种子激光器控制器控制信号，并根据所述种子激光器控制器控制信号向所述种子激光器发出种子激光器控制信号，驱动所述种子激光器发出所述种子光脉冲，并对所述种子光脉冲的光强进行调节。如上所述的时间-相位量子密钥编码装置，进一步包括：所述第一编码激光器，其经配置随机性发出X基矢脉冲光信号，即发出X1触发信号；所述X1触发信号经所述不等臂干涉仪形成相位差为π的X1编码，所述X1编码的编码值为1。如上所述的时间-相位量子密钥编码装置，进一步包括：所述第二编码激光器，其经配置随机性发出X基矢脉冲光信号，即发出X0触发信号；所述X0触发信号经所述不等臂干涉仪形成相位差为0的X0编码，所述X0编码的编码值为0。如上所述的时间-相位量子密钥编码装置，进一步包括：所述第三编码激光器，其经配置随机性发出Z基矢脉冲光信号，即发出Z0触发信号或Z1触发信号；所述Z0触发信号或Z1触发信号形成Z0编码或Z1编码，其中Z0编码的编码值为0，Z1编码的编码值为1。如上所述的时间-相位量子密钥编码装置，进一步包括：光学合束单元，其为光路可逆光学元件，一端为单端口；另一端为多端口，端口数量不少于2；所述多端口的每个不同端口的透光率可以相同或不同。如上所述的时间-相位量子密钥编码装置，进一步包括：光学调制单元，其经配置可制备诱骗态量子密钥编码。如上所述的时间-相位量子密钥编码装置，进一步包括：所述光学调制单元，其经配置接收信号态时间-相位量子密钥编码，制备诱骗态时间-相位量子密钥编码；所述信号态时间-相位量子密钥编码，为X1编码、X0编码、Z0编码、Z1编码的单个光脉冲的光强相同时的编码。本专利技术的另一个方面，提出一种时间-相位量子密钥编码方法，包括：种子激光器发出种子光脉冲；所述种子光脉冲经分束后，分别注入第一编码激光器、第二编码激光器，第三编码激光器，发出与种子光脉冲具有相同波长的光脉冲信号；所述第一编码激光器，发出的脉冲光信号经不等臂干涉仪形成相位差为π的相位编码；所述第二编码激光器，发出的脉冲光信号经不等臂干涉仪形成相位差为0的相位编码；所述第三编码激光器，发出脉冲光信号形成Z基矢时间编码；形成时间-相位量子密钥编码并输出。如上所述的时间-相位量子密钥编码方法，进一步包括：所述时间-相位量子密钥编码的各编码的单个光脉冲的光强相同时，则为信号态时间-相位量子密钥编码。如上所述的时间-相位量子密钥编码方法，进一步包括：接收所述信号态时间-相位量子密钥编码，制备诱骗态时间-相位量子密钥编码并输出。本专利技术的另一个方面，提出一种量子密本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种时间-相位量子密钥编码装置，其特征在于，包括：/n种子激光器，其经配置发出种子光脉冲；/n光纤分束器，其经配置可以接收所述种子光脉冲并分束后，分别经第一光学传输单元、第二光学传输单元、第三光学传输单元，分别传输至第一编码激光器、第二编码激光器、第三编码激光器；/n所述第一编码激光器、第二编码激光器、第三编码激光器，其经配置可以发出中心波长与种子光脉冲中心波长相同的脉冲光信号；/n不等臂干涉仪，包括第一光程L1、第二光程L2，光程差ΔL=L1－L2，所述不等臂干涉仪经配置接收脉冲光信号形成编码信号并输出；/n所述不等臂干涉仪经设计，符合公式ΔL/cT=d，其中c为光速，T为所述种子光脉冲周期即系统周期，d的取值范围为（1/5~4/5）D，其中D为所述种子光脉冲的占空比；/n所述第一编码激光器，其经配置发出的脉冲光信号经不等臂干涉仪形成相位差为π的相位编码；/n所述第二编码激光器，其经配置发出的脉冲光信号经不等臂干涉仪形成相位差为0的相位编码；/n所述第三编码激光器，其经配置发出脉冲光信号形成Z基矢时间编码。/n

【技术特征摘要】
1.一种时间-相位量子密钥编码装置，其特征在于，包括：
种子激光器，其经配置发出种子光脉冲；
光纤分束器，其经配置可以接收所述种子光脉冲并分束后，分别经第一光学传输单元、第二光学传输单元、第三光学传输单元，分别传输至第一编码激光器、第二编码激光器、第三编码激光器；
所述第一编码激光器、第二编码激光器、第三编码激光器，其经配置可以发出中心波长与种子光脉冲中心波长相同的脉冲光信号；
不等臂干涉仪，包括第一光程L1、第二光程L2，光程差ΔL=L1－L2，所述不等臂干涉仪经配置接收脉冲光信号形成编码信号并输出；
所述不等臂干涉仪经设计，符合公式ΔL/cT=d，其中c为光速，T为所述种子光脉冲周期即系统周期，d的取值范围为（1/5~4/5）D，其中D为所述种子光脉冲的占空比；
所述第一编码激光器，其经配置发出的脉冲光信号经不等臂干涉仪形成相位差为π的相位编码；
所述第二编码激光器，其经配置发出的脉冲光信号经不等臂干涉仪形成相位差为0的相位编码；
所述第三编码激光器，其经配置发出脉冲光信号形成Z基矢时间编码。


2.如权利要求1所述的时间-相位量子密钥编码装置，其特征在于，进一步包括：所述种子光脉冲周期为T；频率为100MHz~2.5GHz；占空比D为1/5~4/5。


3.如权利要求1所述的时间-相位量子密钥编码装置，其特征在于，进一步包括：系统周期为T；系统主频为100MHz~2.5GHz。


4.如权利要求1所述的时间-相位量子密钥编码装置，其特征在于，进一步包括：所述第一光学传输单元、第二光学传输单元、第三光学传输单元进一步是环形器。


5.如权利要求1所述的时间-相位量子密钥编码装置，其特征在于，进一步包括：
量子随机数发生装置，其经配置发出量子随机数；
主控装置，其经配置接收所述量子随机数，分别向第一编码激光器控制器、第二编码激光器控制器、第三编码激光器控制器发出第一编码激光器控制器控制信号、第二编码激光器控制器控制信号、第三编码激光器控制器控制信号；
所述第一编码激光器控制器、第二编码激光器控制器、第三编码激光器控制器分别向所述第一编码激光器、第二编码激光器、第三编码激光器发出第一编码激光器控制信号、第二编码激光器控制信号、第三编码激光器控制信号；
所述第一编码激光器、第二编码激光器、第三编码激光器进一步是与所述种子激光器相同的激光器，分别接收种子光脉冲后，随机发出脉冲光信号，并对所述脉冲光信号的光强进行调节。


6.如权利要求5所述的时间-相位量子密钥编码装置，其特征在于，进一步包括：
主激光器控制器，其经配置接收所述主控装置发出的种子激光器控制器控制信号，并根据所述种子激光器控制器控制信号向所述种子激光器发出种子激光器控制信号，驱动所述种子激光器发出所述种子光脉冲，并对所述种子光脉冲的光强进行调节。


7.如权利要求1所述的时间-相位量子密钥...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈柳平，王其兵，万相奎，
申请(专利权)人：国开启科量子技术北京有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11