一种基于sagnac环的参考系无关测量设备无关的QKD系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于sagnac环的参考系无关测量设备无关的QKD系统和方法，包括发射端Alice，发射端Bob和测量端Charlie；发射端Alice和发射端Bob与测量端Charlie之间通过自由空间信道连接；发射端Alice包括激光器Laser1和第一sagnac环调制器，所述第一sagnac环调制器包括强度调制器IM1，偏振控制器PC1，光环形器Cir1、第一发射端sagnac环、光衰减器ATT1和光纤准直器Col1；发射端Bob包括激光器Laser2和第二sagnac环调制器，所述第二sagnac环调制器包括强度调制器IM2、偏振控制器PC2、光环形器Cir2、第二发射端sagnac环、光衰减器ATT2和光纤准直器Col2；本发明专利技术解决了现有技术中态的制备比较复杂的问题，速度更快，稳定性更好，达到了消除环境对偏振态的影响，不需要进行参考系对准，简化了系统的复杂性提高了成码率。码率。码率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于sagnac环的参考系无关测量设备无关的QKD系统和方法


[0001]本专利技术属于量子信息与光通信
，具体涉及一种基于sagnac环的参考系无关测量设备无关的QKD系统和方法。

技术介绍

[0002]量子密钥分发技术是基于量子力学的基本原理，在理论上证明了能够实现无条件安全的密钥共享。然而由于实际器件及设备存在非理想特性，量子密钥分发系统实际的安全性与理论上还存在一定的差距，其中探测端中的单光子探测器是最容易受到攻击的部分，严重影响了量子密钥分发系统的实际安全性。
[0003]测量设备无关量子密钥分发协议(Measurement Device Independent Quantum KeyDistribution,MDI QKD)利用贝尔态(Bell state)投影测量完美解决了由于测量端设备非理想性导致的安全性问题。在测量设备无关量子密钥分发协议中，合法的通信双方Alice 和Bob均为发送方，他们将制备的量子态发送给非可信第三方Charlie进行贝尔态投影测量，得到投影后的贝尔态，其安全性与第三方无关。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于sagnac环的参考系无关测量设备无关的QKD系统，包括发射端Alice、发射端Bob和测量端Charlie；发射端Alice和发射端Bob与测量端Charlie之间通过自由空间信道连接；其特征在于：所述发射端Alice包括相互连接的激光器Laser1和第一sagnac环调制器，所述第一sagnac环调制器包括强度调制器IM1、偏振控制器PC1、光环形器Cir1、第一发射端sagnac环、光衰减器ATT1、光纤准直器Col1和Q板Q
‑
plate1；所述激光器Laser1用于产生第一光脉冲，所述第一光脉冲作为量子信号用于系统编码，以生成密钥；所述强度调制器IM1用于对第一光脉冲进行强度调制；所述偏振控制器PC1用于将量子信号变成45
°
线偏振光；所述Q板Q
‑
plate1用于将自旋角动量与轨道角动量耦合；所述发射端Bob包括相互连接的激光器Laser2和第二sagnac环调制器，所述第二sagnac环调制器包括强度调制器IM2、偏振控制器PC2、光环形器Cir2、第二发射端sagnac环、光衰减器ATT2、光纤准直器Col2和Q板Q
‑
plate4；所述激光器Laser2用于产生第二光脉冲，所述第二光脉冲作为量子信号用于系统编码，以生成密钥；所述强度调制器IM2用于对第二光脉冲进行单调制；所述偏振控制器PC2用于将量子光信号变成45
°
线偏振光；所述Q板Q
‑
plate4用于将自旋角动量与轨道角动量耦合；所述测量端Charlie包括反射镜Mirror1～Mirror14、Q板Q
‑
plate2、Q板Q
‑
plate3和BSM测量仪，所述BSM测量仪包括分束器BS、偏振分束器PBS、单光子探测器D
1H
、单光子探测器D
1V
、单光子探测器D
2H
和单光子探测器D
2V
；所述分束器BS与所述偏振分束器PBS3和偏振分束器PBS4连接；所述单光子探测器D
1H
和单光子探测器D
1V
与所述偏振分束器PBS3连接；所述单光子探测器D
2H
和单光子探测器D
2V
与偏振分束器PBS4连接；所述第一发射端sagnac环用于将45
°
线偏振光分为第一水平偏振光和第一垂直偏振光，并将第一水平偏振光和第一垂直偏振光进行汇合，经光环形器Cir1出射至光衰减器ATT1并被光衰减器ATT1衰减至设定光强，然后通过光纤准直器Col1将信号转换为空间光信号与Q板耦合，并通过自由空间信道传输至测量端Charlie；所述第二发射端sagnac环用于将45
°
线偏振光分为第二水平偏振光和第二垂直偏振光，并将第二水平偏振光和第二垂直偏振光进行汇合，在PBS2汇合后经过光环形器Cir2出射至光衰减器ATT2并被光衰减器ATT2衰减至设定光强，然后通过光纤准直器Col1将信号转换为空间光信号与Q板Q
‑
plate1耦合并通过自由空间信道传输至测量端Charlie；所述第一光脉冲和第二光脉冲到达测量端Charlie后，分别由反射镜Mirror1和Mirror3将第一光脉冲和第二光脉冲反射至Q板Q
‑
plate2和Q板Q
‑
plate3上，经Q板Q
‑
plate2和Q板Q
‑
plate4解调后分别通过发射镜Mirror2和Mirror4反射至光纤准直器Col3和Col4，并通过光纤准直器Col3和Col4耦合进光纤中，两路信号传输到BSM测量仪进行Bell态测量。2.根据权利要求1所述的一种基于sagnac环的参考系无关测量设备无关的QKD系统，其特征在于：所述第一发射端sagnac环包括偏振分束器PBS1，可变光衰减器VOA1，相位调制器PMA和光旋转器rotator1；所述偏振分束器PBS1，可变光衰减器VOA1，相位调制器PMA和光旋
转器rotator1之间依次采用保偏光纤串联连接；所述偏振分束器PBS1用于将45
°
线偏振光分为第一水平偏振光和第一垂直偏振光；所述相位调制器PMA用于调制顺时针或逆时针方向上偏振光的相位；所述光旋转器rotator1用于将沿顺时针传播的水平偏振光旋转90
°
成垂直偏振光，将沿逆时针传播的垂直偏振光旋转90
°
成水平偏振光；所述第一水平偏振光和第一垂直偏振光分别沿顺时针和逆时针在保偏光纤中传播；所述第一水平偏振光依次通过可变光衰减器VOA1、相位调制器PMA、光旋转器rotator1到达偏振分束器PBS1，所述第一垂直偏振光依次通过光旋转器rotator1、相位调制器PMA、可变光衰减器VOA1到达偏振分束器PBS1，与到达偏振分束器PBS1处的第一水平偏振光进行汇合。3.根据权利要求2所述的一种基于sagnac环的参考系无关测量设备无关的QKD系统，其特征在于：所述相位调制器PMA放置在靠近偏振分束器PBS1垂直偏振光出口的一端，让第一水平偏振光和第二垂直偏振光到达相位调制器PMA具有一个时间差，所述时间差用于调制相位时所需求的顺时针和逆时针传播的偏振光只调制顺时针或逆时针方向上的相位；当相位调制器PMA对第一垂直偏振光加载0的相位时，此时从偏振分束器PBS1输出的是|+>，代表比特1；当相位调制器PMA对第一垂直偏振光加载π/2时，此时从偏振分束器PBS1输出的是|
‑
>，代表比特0。4.根据权利要求3所述的一种基于sagnac环的参考系无关测量设备无关的QKD系统，其特征在于：所述第二发射端sagnac环包括偏振分束器PBS2、可变光衰减器VOA2、相位调制器PMB和光旋转器rotator2；所述偏振分束器PBS2、可变光衰减器VOA2，相位调制器PMB和光旋转器rotator2之间依次采...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭邦红，王鹏程，胡敏，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：