[发明专利]一种相位编码偏振检测的量子密钥分配系统

说明书

技术领域

本发明涉及光传输保密通信技术领域，特别涉及量子密钥分配系统。

背景技术

量子信息科学是量子力学与信息科学相结合的产物，定将对人类社会产生重大影响的新兴前沿科学。量子密钥分发是量子信息科学中的重要分支，也是当前量子信息中最接近实用的领域。1992年，Bennett等人基于BB84协议，以强衰减的激光脉冲做单光子源，信息加载在单光子的偏振上，第一次成功地在自由空间完成了演示性实验，从而掀起了量子密钥分配实验研究的高潮。美国专利号5307410提出的基于双不等臂马赫-曾德尔(Mach-Zehnder，简称M-Z)干涉仪的量子密要分配系统，光子单向传输；该方案有效地制止了木马攻击，在通信双方各自的干涉仪内部光脉冲沿不同的路径传播。虽然后来的方案有偏振保持光纤的应用，但是两个光脉冲分别通过不等臂马赫-曾德尔干涉仪的不同臂，经历不同的光学器件，由于光纤、光学器件的双折射的影响，很难保证两个光脉冲偏振状态的确定关系。为克服上述方案的缺陷，如文献：A.Muller等人在1997年Appl.Phys.Lett.(Vol 70)发表了“Plug and play systems for quantum cryptography”，首次提出基于法拉第旋转镜的时分复用干涉仪的方案。该方案中采用了90°旋转法拉第反射镜，两个光脉冲在通信的双方传输一个来回，每个光脉冲经过所有的光路一次，它们的偏振就得到了自动的补偿，从而消除了光纤、光学器件的双折射的影响。方案中的另一个特点就是，解决了波导型相位调制器的偏振依赖工作特性。但是，该方案的缺陷是：采用理想的单光子源，由于光脉冲要在量子信道中来回两次，极限通信距离只有单向传输的一半。对于该方案通常采用的方法是去时利用强光、回程时衰减成单光子源，但是，光路中的回损又增加了误码率，而且不能有效的防止木马攻击。中国专利申请号：200410013996.6发明名称：“一种偏振控制编码方法、编码器和量子密钥分配系统”提出了以偏振控制编码器为核心组成的量子密钥分配系统，由于在通信的双方的安全区内部所采用的普通X型耦合器，单光子的路径的随机选择，会造成效率的降低。另外，上述的各种方法均采用的是相位编码、相干检测方案，该方案除了上述的不足，另外编码方式和探测方法单一，限制了量子密钥分发技术的发展。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种相位编码、偏振检测的量子密钥分配系统。

为了达到上述目的，本发明采取如下技术方案。

一种相位编码偏振检测的量子密钥分配系统，由发送方和接收方通过量子信道相连接；发送方包括第一偏振分束/合路器2，一单光子源1设置在所述第一偏振分束/合路器2的第一端口A处，所述第一偏振分束/合路器2的第二端口B处依次连接第一相位调制器3和第一90°旋转法拉第镜4形成发送方长路，第三端口C与第二90°旋转法拉第镜5连接形成发送方短路，第四端口D与量子信道14的一端连接；接收方包括第二偏振分束/合路器6，其所述第二偏振分束/合路器6的第一端口E与量子信道14的另一端连接，所述第二偏振分束/合路器6的第二端口F依次连接到第二相位调制器7、第三90°旋转法拉第镜8形成接收方长路，所述第二偏振分束/合路器6的第三端口G与第四90°旋转法拉第镜9连接形成接收方短路，所述第二偏振分束/合路器6的第四端口H依次连接到λ/2波片10和第三偏振分束/合路器11的第一端口，所述第三偏振分束/合路器11的第二端口连接到第一单光子探测器12，所述第三偏振分束/合路器11的第三端口连接到第二单光子探测器13。

在上述技术方案中，进一步地，所述第一偏振分束/合路器2的第二端口B和所述第二偏振分束/合路器6的第二端口F是相应偏振分束/合路器的反射光输出端口。

在上述技术方案中，进一步地，所述第一偏振分束/合路器2的第二端口B和所述第二偏振分束/合路器6的第二端口F是相应偏振分束/合路器的透射光输出端口。

在上述技术方案中，进一步地，所述发送方短路与接收方长路的光程之和与发送方长路与接收方短路的光程之和相等。

在上述技术方案中，进一步地，所述单光子源1可以是由衰减激光光脉冲而获得的单光子源或其它方法获得的单光子源。

在上述技术方案中，进一步地，在接收方的光路中，由第三和第四90°旋转法拉第镜反射的两个光脉冲返回到所述第二偏振分束/合路器6的第四端口H进行合束时，两个光脉冲的振幅相等。