【技术实现步骤摘要】
一种基于内调制脉冲光源的连续变量量子密钥分发方法
[0001]本专利技术涉及量子密钥分发
，特别是一种基于内调制脉冲光源的连续变量量子密钥分发方法。
技术介绍
[0002]随着量子信息技术的快速发展，密钥分发(Quantum Key Distribution,QKD)作为其中一个重要分支在近三十年取得了非常显著且重要的成果。依据信源端编码空间的维度的不同，QKD可以分为离散变量类(Discrete Variable,DV)协议和连续变量类(Continuous Variable,CV)协议。不同于DV
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QKD，CV
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QKD系统中用于编码的量子态所在的Hilbert空间是无限维且连续的，信息的载体不再是单光子的偏振或相位，而是光场的正则分量(相空间中的“位置”和“动量”)。由于信息的载体是连续变量，这使得每个脉冲可携带的密钥比特数有所增加，尽管并非每一个比特都会成为最终的安全密钥，但这依旧可以为最终安全码率的提升提供很大潜力。实验研究表明，连续变量量子密钥分发系统在中短距离具有安全码率高、可与经典光通信系统兼容等优势，在近十年得到了快速发展。
[0003]CV
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QKD系统根据信源端调制相干态个数的不同可以分为高斯调制方案和离散调制方案；根据系统参考本振光源所处收发端的不同位置分为两大类，随路本振CV
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QKD系统和本地本振CV
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QKD系统。
[0004]其中基于高斯调制相干态协议的随路本振CV>‑
QKD系统发展最早，成熟度最高。该类方案多采用时分+偏振复用，为避免本振光到达接收端时的泄漏光噪声对量子信号光产生影响，需要在发送端制备具有极高消光比的本振光脉冲。而这种高消光比光脉冲目前多采用级联振幅调制器对连续光进行外调制获得。外调制方案存在两个问题，一是需要针对振幅调制器的偏置点漂移设计复杂的反馈控制软硬件，系统复杂且成本高；二是两个级联调制器的插损约为6～10dB，从而导致最终产生的脉冲光强度偏弱，影响本振光到达接收端的强度(传输距离)，进而影响系统探测器的探测能力。
[0005]目前主流的系统方案均需要在发送端对其信号光进行振幅和相位的调制，以构建相空间中的二维高斯随机变量，即x分量和p分量。而且由于系统中多采用相干探测，调制后的信号光经光纤信道传输后到达接收端与本振光干涉时，不可避免地存在相位漂移。因此需要进行相位漂移补偿以使收发端获得具有一定相关性的随机数据。特别地，在本地本振系统中，由于接收端和发送端分别采用两个不同的激光器，为获得稳定干涉结果，不仅需要进行相位补偿，还需要对两个激光器的频率进行锁定，系统复杂度和实现难度较高。
技术实现思路
[0006]鉴于此，本专利技术提供一种基于内调制脉冲光源的连续变量量子密钥分发方法，以解决上述技术问题。
[0007]本专利技术公开了一种基于内调制脉冲光源的连续变量量子密钥分发方法，其包括以下步骤：
[0008]发送端向接收端提供信号光和本振光，或者是发送端向接收端提供信号光，接收端提供本振光；
[0009]接收端对信号光和本振光进行干涉，并从干涉结果中提取带有信道噪声的分量及其初始数据；
[0010]接收端对所述带有信道噪声的分量及其初始数据进行处理，获得与信道噪声相关的振幅调制信息，即初始密钥。
[0011]进一步地，所述发送端向接收端提供信号光和本振光，包括：
[0012]发送端内调制脉冲光源输出脉冲光，经第一耦合器分束成信号光和本振光，信号光经振幅调制器和衰减器后与经过第一延时线的本振光进入第二耦合器完成合束。
[0013]进一步地，所述接收端对信号光和本振光进行干涉，包括：
[0014]合束后的信号进入接收端后经第三耦合器完成分束，分束后得到的本振光经第二延时线和第四耦合器后分成两束，其中一束直接进入第六耦合器，另一束经过90度相移器后进入第七耦合器；
[0015]分束后信号光经第五耦合器后分成两束，其中，一束直接进入第六耦合器，另一束经过90度相移器后进入第七耦合器；
[0016]本振光和信号光分别在第六耦合器和第七耦合器两两干涉，其中，在第六耦合器中干涉后的信号分别通过第一探测器、第二探测器进入第一差分放大器；在第七耦合器中干涉后的信号分别通过第三探测器、第四探测器进入第二差分放大器。
[0017]进一步地，所述第二延时线为保偏光纤，可使经第三耦合器分束后的本振光和信号光到达第六耦合器、第七耦合器时存在延时差，以保证结合发送端第一延时线实现的本振光和信号光的延时差为系统重复频率的倒数的倍数，即本振光和信号光延时差等于周期的整倍数。
[0018]进一步地，发送端不仅不进行相位调制，而且本振光不与来自同一光源同时刻的信号光干涉，而是与其下一个周期的信号光干涉。
[0019]进一步地，所述发送端向接收端提供信号光和接收端提供本振光，包括：
[0020]发送端的第一内调制脉冲激光器输出脉冲光，经振幅调制器和衰减器后输出光信号；
[0021]在光信号到达接收端时，先经过第二延时线，再经第四耦合器分成强度相等的两束，且其中一束直接进入第六耦合器，另一束经90度相移器后到达第七耦合器；此时在接收端内部的第二内调制脉冲激光器输出脉冲光，成为本振光，其重复频率与第一内调制脉冲激光器相同，且通过第五耦合器后分成强度相等的两束后，分别进入第六耦合器和第七耦合器。
[0022]进一步地，所述第二延时线为保偏光纤，可使信号光和本振光同时到达第四耦合器和第五耦合器。
[0023]进一步地，所述接收端对信号光和本振光进行干涉，包括：
[0024]在第六耦合器和第七耦合器处，信号光和本振光两两干涉后，第六耦合器输出的信号分别通过第一探测器、第二探测器进入第一差分放大器，第七耦合器输出的信号分别通过第三探测器、第四探测器进入第二差分放大器。
[0025]进一步地，所述从干涉结果中提取带有信道噪声的分量及其初始数据，包括：
[0026]第一差分放大器输出的信号经过模数转换器后，从中提取x分量，其表达式为其中，E
L
为本振光振幅、E
s
为信号光振幅、其中，为信号光振幅、其中，为第i时刻本振光相位，其与第i时刻信号光相位相同，即刻本振光相位，其与第i时刻信号光相位相同，即为第i+1时刻信号光相位，服从随机均匀分布；
[0027]第二差分放大器出的信号经过模数转换器后，从中提取p分量，其表达式为
[0028]进一步地，所述接收端对所述带有信道噪声的分量及其初始数据进行处理，获得与信道噪声相关的振幅调制信息，即初始密钥，包括：
[0029]分别将x分量和p分量的数据命名为D1和D2，其中数值上计算D1和D2的平方和，即并将结果开根号即可获得与发送端调制信息相关的E
s
，即收发端共享无需进行相位补偿的含有信道噪声的初始密钥。
[0030]进一步地本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于内调制脉冲光源的连续变量量子密钥分发方法，其特征在于，包括以下步骤：发送端向接收端提供信号光和本振光，或者是发送端向接收端提供信号光，接收端提供本振光；接收端对信号光和本振光进行干涉，并从干涉结果中提取带有信道噪声的分量及其初始数据；接收端对所述带有信道噪声的分量及其初始数据进行处理，获得与信道噪声相关的振幅调制信息，即初始密钥。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发送端向接收端提供信号光和本振光，包括：发送端内调制脉冲光源输出脉冲光，经第一耦合器分束成信号光和本振光，信号光经振幅调制器和衰减器后与经过第一延时线的本振光进入第二耦合器完成合束。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述接收端对信号光和本振光进行干涉，包括：合束后的信号进入接收端后经第三耦合器完成分束，分束后得到的本振光经第二延时线和第四耦合器后分成两束，其中一束直接进入第六耦合器，另一束经过90度相移器后进入第七耦合器；分束后信号光经第五耦合器后分成两束，其中，一束直接进入第六耦合器，另一束经过90度相移器后进入第七耦合器；本振光和信号光分别在第六耦合器和第七耦合器两两干涉，其中，在第六耦合器中干涉后的信号分别通过第一探测器、第二探测器进入第一差分放大器；在第七耦合器中干涉后的信号分别通过第三探测器、第四探测器进入第二差分放大器。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第二延时线为保偏光纤，可使经第三耦合器分束后的本振光和信号光到达第六耦合器、第七耦合器时存在延时差，以保证结合发送端第一延时线实现的本振光和信号光的延时差为系统重复频率的倒数的倍数，即本振光和信号光延时差等于周期的整倍数。5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，发送端不仅不进行相位调制，而且本振光不与来自同一光源同时刻的信号光干涉，而是与其下一个周期的信号光干涉。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发送端向接收端提供信号光和接收端提供本振光，包括：发送端的第一内调制脉冲激光器输出脉冲光，经振幅调制器和衰减器后输出光信号；在光信号到达接收端时，先经过第二延时线，再经第四耦合器分成强度相等的两束，且其中一束...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘金璐，徐兵杰，邵云，张涛，付俐锋，樊矾，王恒，黄伟，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第三十研究所，
类型：发明
国别省市：
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