[发明专利]一种高速低电压相位调制方法

说明书

技术领域

本发明属于量子密码技术领域，特别涉及相位调制方法，用于高速相位编码量子密钥分配系统。

背景技术

作为量子物理最具应用价值的单量子技术之一，量子密码受到越来越多的重视。作为量子密码的核心，量子密钥分配能够实现远程用户之间信息论意义上无条件安全的密钥共享，将其与“一次一密”加密技术结合，可实现无条件安全的保密通信。量子密钥分配实现系统多以光子作为比特载体，在具体编码方式方面，主要有相位编码和偏振编码两大类。在传统光通信网络中，量子密钥分配以普通单模光纤为传输信道，已多次成功实现安全密钥共享。光纤信道中存在固有双折射，且会受到环境扰动，因此光纤信道中的量子密钥分配多采用相位编码方式。

BB84协议是目前应用最为广泛的量子密钥分配协议，将其应用于相位编码量子密钥分配系统，就要求系统中的调相器(也称为相位调制器)进行快速的四相位调制来实现编码。相位编码量子密钥分配系统的发送端(记为Alice)完成四相位调制，接收端(记为Bob)至少完成二相位调制，因此在相位编码量子密钥分配系统中，电子学部分需要控制调相器进行四相位调制，如{0，π/2，π，3π/2}，四个相位之间差值的最大值达到3π/2，这就对量子密钥分配系统的电子学部分提出了较高的驱动要求。以美国JDSU公司生产的高速调相器PM-150-080为例，其半波电压V_π在10GHz情况下最高为11伏，3π/2的相位差就要求电子学部分能提供电压差达到16.5伏的高速信号，在现有的技术条件下具有较高的难度。除此之外，量子密钥分配系统要求发送端和接收端均随机编码，在一定的时间内调相信号会存在直流分量，若是使用常见的交流耦合射频放大器则会导致信号失真；若是使用直流耦合的方式，一方面高速且高电压输出的直流耦合射频放大器商用产品很少，另一方面直流耦合射频放大器静态工作点会随温度发生漂移，导致输出电压漂移，使得调相不准，需要反馈控制机制加以稳定，这使得系统的电子学部分更加复杂。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供高速低电压相位调制方法，以解决相位编码量子密钥分配系统存在的调相电压太高和调相信号存在直流分量耦合复杂的问题。

为达到上述目的，本发明提供了一种高速低电压相位调制方法，该方法应用于环外调相量子密钥分配系统，是在一个周期前后两个光脉冲经过调相器时，调相器加载至这两个光脉冲的调制电信号的幅值发生反转，加载至这两个光脉冲中前一个光脉冲的调制电信号的幅值为N，加载至这两个光脉冲中后一个光脉冲的调制电信号的幅值为-N。

上述方案中，所述环外调相量子密钥分配系统包括发送端和接收端，发送端包括在光路上依次设置的光源、第一不等臂干涉环a和第一调相器A，接收端包括在光路上依次设置的第二调相器B、第二不等臂干涉环b和探测器；所述发送端的光源发出的一个光脉冲经过第一不等臂干涉环a后分成前后两个相同的光脉冲，这两个光脉冲被第一调相器A进行调制编码，第一调相器a向这两个光脉冲中前一个光脉冲加载的的调制电信号的幅值为N，向这两个光脉冲中后一个光脉冲加载的的调制电信号的幅值为-N；调制后的这两个光脉冲经过信道被传输至接收端；所述接收端的第二调相器B对这两个光脉冲进行调制解码，解码后的这两个光脉冲进入第二不等臂干涉环b，发生干涉后输出被探测器探测。

上述方案中，所述第一不等臂干涉环a和第二不等臂干涉环b是配对的，一个周期T内，所述光源发出一个光脉冲，经第一不等臂干涉环a后变成两个相同的光脉冲，这两个相同的光脉冲先经过第一调相器A被调制编码，然后再经过第二调相器B被调制解码，接着进入经第二不等臂干涉环b发生干涉分成三个光脉冲，这三个光脉冲从第二不等臂干涉环b的两个互补的干涉输出口输出至探测器，这三个光脉冲中中间位置的脉冲是干涉峰，探测器的探测门设定在干涉峰位置进行探测。

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的高速低电压相位调制方法，用于环外调相量子密钥分配系统，当一个周期前后两个光脉冲经过调相器时，调相器加载的调制电信号在光脉冲中间位置发生反转，使得量子密钥分配系统电子学部分需要提供的电信号电压差最大值减小为常规方法的一半，且直流分流恒为零，能够以一半的调相电压实现相位编码量子密钥分配系统的完整功能，且采用常规简单的交流耦合方式即可实现，有效解决了相位编码量子密钥分配系统存在的调相电压太高和调相信号存在直流分量耦合复杂等技术难点，有利于高速、稳定量子密钥分配系统的实现。

附图说明