【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于连续变量量子光学和量子通信，具体涉及一种用于长距离光纤量子通信的高保真度量子态分发装置及方法。
技术介绍
1、随着量子信息科学的快速发展，基于连续变量的量子通信因其所采用的连续变量量子态光场确定性产生而具有无条件安全性，因而备受关注。由于光纤信道具有不易受外界影响、成本较低，传输容量大的优点，是构建城域、城际量子网络的最佳量子信道。在基于光纤信道的连续变量量子通信系统中，量子态光场的长距离、高效、可靠分发是构建连续变量量子通信网络的关键步骤。目前现有技术中，连续变量量子态通过光纤信道分发往往会受到信道内损耗以及额外的影响，导致量子信息协议中的保真度下降，尤其是在长距离光纤分发过程中，这一问题更为突出，从而导致传输距离骤减。在多数量子通信协议中，量子态需要携带本底振荡光一起分发从而实现量子态分发后的测量、操控等。通常采用将上述两束光在同一光纤信道中传输的方案，可以降低两束光的相对相位由于光纤信道引入的随机抖动。但本底振荡光的功率远大于量子态光场的平均场，会在光纤信道中引起非线性效应例如受激布里渊散射等，使得光纤信道存在较大的额外噪声。尽管光通信波段的量子态光场在光纤中分发时传输损耗非常小，仅为0.2 db/km。但光纤信道的额外噪声仍然不可避免会降低量子态光场的量子特性，从而影响量子通信过程中的保真度、传输距离等。
2、目前在光纤量子通信的量子态分发方案中，为保证量子态高保真长距离的分发，一方面可以通过提高量子态的量子特性来增加其对光纤信道的容忍度，文献“distribution of continuou
技术实现思路
1、针对光纤量子通信中长距离传输导致的量子态特性耗散问题，本专利技术提供了一种用于长距离光纤量子通信的高保真度量子态分发装置及方法。
2、为了达到上述目的，本专利技术采用了下列技术方案：
3、一种用于长距离光纤量子通信的高保真度量子态分发装置，包括激光产生模块、双边带产生模块、量子态光场产生模块、频分复用器、光纤传输系统、双边带光外差平衡探测模块；
4、所述激光产生模块产生连续单频激光，双边带产生模块设置在激光产生模块的第一出射光路上，经过双边带产生模块的分离得到双边带本底振荡光；量子态光场产生模块设置在激光产生模块的第二出射光路上，经过量子态光场产生模块产生量子态信号光；频分复用器设置在双边带本底振荡光和量子态信号光的光路上，经过频分复用器耦合后传入光纤传输系统中进行量子信息传输；然后进入双边带光外差平衡探测模块解复用，然后进行光外差平衡探测。
5、进一步，所述的激光产生模块，用于产生量子态光场在光纤信道分发时所需的本底振荡光，并为量子态光场产生模块提供激光光源；
6、所述的双边带产生模块用于对激光产生模块输出的基频光场进行移频，使得产生的移频光场与基频光场分离，得到双边带本底振荡光；
7、所述的量子态光场产生模块，用于产生被分发的量子态光场所需的量子态信号光；
8、所述的频分复用器，用于将双边带产生模块获得的双边带本底振荡光与所述的量子态光场产生模块获得的信号光合并，并耦合进所述的光纤传输系统中进行传输；
9、所述的光纤传输系统，用于所述的双边带产生模块获得的双边带本底振荡光和所述的量子态光场产生模块获得的量子态信号光耦合后进行量子信息传输；
10、所述的双边带光外差平衡探测模块，设置在光纤传输系统的接收端，对所述的经过光纤传输系统的进行量子信息传输的双边带本底振荡光和信号光在双边带光外差平衡探测模块中的解复用器处进行解复用，对解复用后的双边带本底振荡光和信号光进行光外差平衡探测，可以有效地提高连续变量量子态光场在光纤信道分发的质量和可靠性，为实现长距离连续变量光纤量子通信提供关键器件。
11、进一步，所述双边带产生模块包括第一声光调制器、偏振分束棱镜、第二声光调制器、第一高反镜、半波片、第二高反镜、第三声光调制器和第三高反镜；
12、第一声光调制器对连续单频激光进行调制，然后提取连续单频激光的一阶衍射光，利用偏振分束棱镜将连续单频激光的一阶衍射光分为p偏振光和s偏振光两束，利用第二声光调制器对其中p偏振光进行调制，提取出上边带衍射光，再利用半波片将上边带衍射光变为s偏振上边带衍射光；利用第三声光调制器对另一束s偏振光进行调制，提取s偏振光下边带衍射光，从而得到双边带本底振荡光。
13、进一步，所述光纤传输系统包括第一光纤耦合器、单模光纤、第二光纤耦合器；
14、第一光纤耦合器接收到频分复用器输出的信号，经同一根单模光纤传输后，由第二光纤耦合器输出。
15、进一步，所述双边带光外差平衡探测模块包括解复用器、第四高反镜、第五高反镜、分束镜、第一探测器、第二探测器、减法器、频谱分析仪；
16、进入双边带光外差平衡探测模块的本底振荡光和量子态信号光经过解复用器解复用，经过解复用后的本底振荡光和量子态信号光分别经过第四高反镜和第五高反镜改变光束方向后在分束镜进行干涉，然后通过第一探测器和第二探测器探测其正交分量，输出的电信号经过减法器相减后输出到频谱分析仪中分析输出光场的噪声起伏特性。
17、进一步，所述装置还包括高反镜，所述高反镜设置在光纤传输系统和双边带光外差平衡探测模块之间，用于将光纤传输系统输出的光场反射至双边带外差平衡探测模块中。
18、用于长距离光纤量子通信的高保真度量子态分发方法，包括以下步骤：
19、步骤1，首先对激光产生模块产生的连续单频激光进行过滤和降噪处理，获得本底振荡光注入光场；
20、步骤2，通过双边带产生模块的三个声光调制器来获得双边带本底振荡光场，产生双边带本底振荡光；
21、步骤3，通过量子态光场产生模块，获得量子态光场，将获得的量子本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于长距离光纤量子通信的量子态分发装置，其特征在于，包括激光产生模块（1）、双边带产生模块（2）、量子态光场产生模块（3）、频分复用器（4）、光纤传输系统（5）、双边带光外差平衡探测模块（7）；
2.根据权利要求1所述的一种用于长距离光纤量子通信的量子态分发装置，其特征在于：所述的激光产生模块（1），用于产生量子态光场在光纤信道分发时所需的本底振荡光，并为量子态光场产生模块（3）提供激光光源；
3.根据权利要求1所述的一种用于长距离光纤量子通信的量子态分发装置，其特征在于：所述双边带产生模块（2）包括第一声光调制器（201）、偏振分束棱镜（202）、第二声光调制器（203）、第一高反镜（204）、半波片（205）、第二高反镜（206）、第三声光调制器（207）和第三高反镜（208）；
4.根据权利要求1所述的一种用于长距离光纤量子通信的量子态分发装置，其特征在于：所述光纤传输系统（5）包括第一光纤耦合器（501）、单模光纤（502）、第二光纤耦合器（503）；
5.根据权利要求1所述的一种用于长距离光纤量子通信的量子态分发装
6.根据权利要求1所述的一种用于长距离光纤量子通信的量子态分发装置，其特征在于：所述装置还包括高反镜（6），所述高反镜（6）设置在光纤传输系统（5）和双边带光外差平衡探测模块（7）之间，用于将光纤传输系统（5）输出的光场反射至双边带外差平衡探测模块（7）中。
7.一种如权利要求1~6任意一项所述的装置用于长距离光纤量子通信的量子态分发方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种用于长距离光纤量子通信的量子态分发装置，其特征在于，包括激光产生模块（1）、双边带产生模块（2）、量子态光场产生模块（3）、频分复用器（4）、光纤传输系统（5）、双边带光外差平衡探测模块（7）；
2.根据权利要求1所述的一种用于长距离光纤量子通信的量子态分发装置，其特征在于：所述的激光产生模块（1），用于产生量子态光场在光纤信道分发时所需的本底振荡光，并为量子态光场产生模块（3）提供激光光源；
3.根据权利要求1所述的一种用于长距离光纤量子通信的量子态分发装置，其特征在于：所述双边带产生模块（2）包括第一声光调制器（201）、偏振分束棱镜（202）、第二声光调制器（203）、第一高反镜（204）、半波片（205）、第二高反镜（206）、第三声光调制器（207）和第三高反镜（208）；
4.根据权利要求1所述的一种用于长距离光纤量子通信的量子态分发装置...
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