一种量子位解码设备（200），其被配置成接收具有用光子的属性编码的qubit的所述光子，量子位解码设备（200）包括解调设备（210）。解调设备（210）包括可配置成随机地将用于解码qubit的多个调制值之一应用于光子的属性的光调制器（212）以及用于根据qubit路由光子的光路由器（214、414）。量子位解码设备（200）还包括光延迟设备（220），光延迟设备（220）具有光组合器（222）、从光路由器到光组合器的第一光路（224）、以及从光路由器到光组合器的第二光路（226）。第二光路（226）具有不同于第一光路的光路长度，以在这些光路之间引入时间延迟。量子位解码设备（200）进一步包括检测设备（230），检测设备（230）被配置成检测光子，并且可操作以确定检测到的光子是否相对于参考时间被延迟并根据确定的时间延迟来确定qubit。并根据确定的时间延迟来确定qubit。并根据确定的时间延迟来确定qubit。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】量子位解码设备、系统和方法
[0001]本专利技术涉及量子位（quantum bit）解码设备并且涉及包括量子位解码设备的量子位解码系统。本专利技术进一步涉及量子密钥分发系统并且涉及通信网络节点。本专利技术进一步涉及用于解码在光子上编码的量子位的方法。
技术介绍
[0002]量子通信系统利用传送以量子态编码的信息的可能性，所述信息以使得两个通信伙伴中间的窃听者不可避免地引入可检测的干扰的方式进行准备。在光通信中，通过光子的物理属性（如例如，偏振态、相位或自旋）对量子信息进行编码。
[0003]量子密钥分发QKD为对称加密系统中的密钥分发问题提供了解决方案。理论上，应该使用一次一密加密（one
‑
time pad encryption）来将量子加密应用于要传送的整个消息。然而，这将不可接受地损害通信信道的容量和时延，因为可行的QKD系统只能逐渐达到几个Mbit/s，并且要求处理时间来使发送者和接收者在没有错误的情况下约定最终密钥。在实践中，QKD仅用于产生和分发密钥，而不用于传送消息数据。然后，与经典的加密算法一起使用密钥来对在经典的大容量通信信道上传送的消息进行加密和解密。
[0004]在基于BB84协议的QKD中，如由例如A. Ruiz
‑
Alba等人的“Practical Quantum Key Distribution based on the BB84 protocol”（Waves, 2011，第4
‑
14页）所描述，发送者Alice生成随机位，即，“0”或“1”，并通过光子的恰当选择的物理属性用两个不同基之一对它进行编码。然后，使用第一个基来对“0”位进行编码，并将另一个基用于对“1”位进行编码。
[0005]由于接收者Bob不知道Alice的基选择，所以他通过随机选择这两个可能的基之一来测量入射光子的基。如果他使用Alice所使用的相同基，那么他将确定性地测量正确的位值。相反，如果他选择了错误的基，那么他的测量结果将是在所编码的基的可能值上的随机投影，这只会以50%的概率给出正确的结果。在已经交换了一长串光子之后，Alice和Bob比较他们各自已经用于编码和测量的基，以便经由“经典”信道进行通信。他们只保留利用匹配的基生成和检测到的随机位，这些位被说成构成“经过筛选的密钥”。在没有噪声、缺陷和干扰的理想系统中，经过筛选的密钥是相同的，并且它们可用作私有密钥。
[0006]BB84协议的两种常见实现使用光子的偏振或相位属性作为基。对于偏振编码情况，在图1(a)中所示，发送者Alice在使用偏光器选择的两个不同的偏振基上进行编码，这两个偏振基相对于彼此旋转45
°
，它们称为直线0
°
和90
°
与对角线45
°
和135
°
。在接收者Bob处，偏振分束器PBS将光子的偏振编码变换到空间解码中，其中通过两个单光子雪崩光电探测器SPD之一来接收光子。对于相位编码方案，在图1(b)中所示，并且例如由Yan Hui等人的“Efficient Phase
‑
Encoding Quantum Key Generation with Narrow
‑
Band Single Photons”（Chinese Physics Letters，第28卷，第7期，2011年5月20日）所报告，发送者使用Mach
‑
Zehnder干涉仪MZI来引入四个不同的相移（例如，）之一。前两个相移对
‘0’
位进行编码，而后两个相移对
‘1’
位进行编码。然后，接收者使用第二个MZI来随机
地引入两个相移（例如，）之一。这里，在考虑差分相位的情况下进行空间解码。
[0007]QKD也可基于光子自旋来实现，如例如由Giuseppe Vallone等人的“Free
‑
space quantum key distribution by rotation
‑
invariant twisted photons”（Physics Review Letters，第113卷，060503 (2014)）所报告。
[0008]在任何离散变量QKD方案的实际实现中，强烈限制该技术的采用的限制因素是表示实际QKD系统的最关键部分的光接收器装置的高成本。特别是，QKD协议的任何实现都要求至少两个SPD。此外，每个光子编码的qubit数越多，SPD数就越高，SPD数会相对于qubit数呈指数级增长。这就是为什么采用每光子多qubit的QDK协议没有得到深入的研究和提出的原因。
技术实现思路
[0009]一个目的是提供一种改进的量子位解码设备。进一步的目的是提供一种改进的量子位解码系统。进一步的目的是提供一种改进的QKD系统。进一步的目的是提供一种改进的量子位解码方法。
[0010]本专利技术的一方面提供一种量子位解码设备，其被配置成接收具有用光子的属性编码的量子位（qubit）的所述光子。量子位解码设备包括解调设备、光延迟设备和检测设备。解调设备包括光调制器和光路由器。光调制器可配置成随机地将多个调制值之一应用于光子的所述属性；调制值被配置用于解码qubit。光路由器设置在光调制器之后，并且被配置成根据qubit路由光子。光延迟设备包括光组合器、从光路由器的第一输出端到光组合器的第一输入端的第一光路、以及从光路由器的第二输出端到光组合器的第二输入端的第二光路。第二光路具有不同于第一光路的光路长度，以在第一光路和第二光路之间引入时间延迟。检测设备被配置成检测从光组合器接收的光子。检测设备可操作以确定检测到的光子是否相对于参考时间被延迟并根据确定的时间延迟来确定qubit。
[0011]qubit解码设备能够实现解码qubit所要求的解码器设备的复杂性的降低，以便用时间解码器来取代诸如在图1中所示的BB84协议解码器之类的现有技术的独立空间解码器。这可相对于现有技术的解码方案能够实现更低成本的qubit解码设备，并且可能够实现以与标准（非量子）解码器相当的成本提供qubit解码设备。
[0012]在一实施例中，检测设备进一步可操作以确定应用于检测到的光子的相对于参考时间的时间延迟并根据确定的时间延迟来确定qubit。
[0013]在一实施例中，检测设备包括被配置成检测从光组合器接收的光子的光接收器以及被配置成确定检测到的光子是否相对于参考时间被延迟并根据确定的时间延迟来确定qubit的处理电路。
[0014]该qubit解码设备能够实现解码qubit所要求的光接收器（诸如单光子雪崩光电探测器）的数量的减少。例如，参考图1中所示的BB84协议解码器，本专利技术qubit解码设备能够实现从两个光电探测器到单个光电探测器的减少。
[0015]本专利技术的一方面提供一种量子位解码系统，其被配置成接收具有分别用光子的多个属性编码的多个量子位（qubit）的所述本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种量子位解码设备，所述量子位解码设备被配置成接收具有用光子的属性编码的量子位qubit的所述光子，所述设备包括：解调设备，所述解调设备包括：光调制器，所述光调制器可配置成随机地将多个调制值之一应用于所述光子的所述属性，所述调制值被配置用于解码所述qubit；以及光路由器，所述光路由器设置在所述光调制器之后并且被配置成根据所述qubit路由所述光子；光延迟设备，所述光延迟设备包括：光组合器；从所述光路由器的第一输出端到所述光组合器的第一输入端的第一光路；从所述光路由器的第二输出端到所述光组合器的第二输入端的第二光路，所述第二光路具有不同于所述第一光路的光路长度，以在所述第一光路和所述第二光路之间引入时间延迟；以及检测设备，所述检测设备被配置成检测从所述光组合器接收的光子，并且可操作以确定检测到的光子是否相对于参考时间被延迟并根据所确定的时间延迟来确定所述qubit。2.如权利要求1所述的设备，其中，所述检测设备进一步可操作以确定应用于所检测到的光子的相对于所述参考时间的所述时间延迟并根据所确定的时间延迟来确定所述qubit。3.一种量子位解码系统，所述量子位解码系统被配置成接收具有分别用光子的多个属性编码的多个量子位qubit的所述光子，所述系统包括：第一解码级，所述第一解码级包括：第一光调制器，所述第一光调制器被配置成随机地将多个第一调制值之一应用于所述光子的所述多个属性中的第一属性，所述第一调制值被配置用于解码所述多个qubit中的第一qubit；以及第一光路由器，所述第一光路由器被配置成根据所述多个qubit中的所述第一qubit路由所述光子；输出解码级，所述输出解码级包括如权利要求1或权利要求2所述的多个量子位解码设备，所述多个量子位解码设备分别被配置成从所述第一光路由器接收所述光子，所述量子位解码设备被配置成解码用所述光子的所述多个属性中的第二属性编码的第二qubit，其中，所述光子的所述第一属性和所述光子的所述第二属性是光子量子态的不同的不可交换的属性。4.如权利要求3所述的系统，进一步包括设置在所述第一解码级和所述输出解码级之间的第三解码级，所述第三解码级包括多个第三光调制器，所述多个第三光调制器被配置成：取决于所述多个qubit中的所述第一qubit，从所述第一解码级接收所述光子；并将所述光子输出到所述输出解码级，所述第三光调制器被配置成随机地将多个第三调制值之一应用于所述光子的所述多个属性中的第三属性，所述第三调制值被配置用于解码所述多个qubit中的第三qubit，所述第三属性是所述光子量子态的第三个不同的不可交换的属性。5.如权利要求3或权利要求4所述的系统，其中，所述光子量子态的所述不可交换的属性包括偏振、相位和自旋。
6.如权利要求3至5中任一权利要求所述的系统，其中，所述输出解码级的所述多个量子位解码设备在相应的第一和第二光路之间具有...
【专利技术属性】
技术研发人员：T，
申请(专利权)人：瑞典爱立信有限公司，
类型：发明
国别省市：
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