[实用新型]单光子三量子比特编码的多方量子通信系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及光通信技术和安全领域，尤其是指一种单光子三量子比特编码的多方量子通信系统。

背景技术

多方量子通信包括：量子秘密共享、量子密钥协商、三人量子密码等，由于它们涉及多方参与，因此具有与两方通信不一样的特殊性质，因而被国际上众多的学者和技术人员高度关注。由于量子秘密共享、量子密钥协商、三人量子密码等多方量子通信是以量子力学的基本原理为基础的，再加上“一次一密”的通信方式保证了通信能够处于物理水平上的绝对安全，因此它们对于保密性非常重要的国防与外交单位、大型金融企业和大型高科技企业等而言无疑是非常重要的。

从1999年第一个量子秘密共享方案提出至今已经有十几年的时间，第一个方案一经提出便引起了国际上的广泛关注，随后涌现出了众多改进与变化的方案，但是这些方案都存在一个重要的问题：高保真GHZ态的分发距离非常有限，而且GHZ态的制备也是一个比较困难的问题。目前，GHZ态实际分发距离的最远记录不到1公里，该实验以短文的形式发表在光子学期刊《Nature Photonics》上(Nature Photonics 8,292(2014))，引起了各国媒体的广泛报道。基于上述原因，具有实际操作意义的多方量子通信只能是一个理论方案，远距离可实用化的多方量子通信对于学者们来说是非常大的理论与技术挑战。

实用新型内容

为了解决现有多方量子通信技术不能应用于远距离传输的问题，本实用新型提出了一种单光子三量子比特编码的多方量子通信系统，方案结构简单，不需要预先制备和分发复杂和高保真的GHZ纠缠态，也不需要使用三个独立光子源产生的单光子进行一高难度的完美干涉而进行后选择的三光子GHZ态测量。

本实用新型所采用的技术方案是：一种单光子三量子比特编码的多方量子通信，包括光源、第一自由度编码单元、第一量子信道、第二自由度编码单元、第二量子信道、第三自由度编码单元和单光子探测单元，所述的第三自由度编码单元为具有输入端、第一输出端和第二输出端的空间编码单元，所述的单光子探测单元包括第一偏振分束器、第二偏振分束器、第一单光子探测器、第二单光子探测器、第三单光子探测器、第四单光子探测器，所述的第一偏振分束器、第二偏振分束器分别具有第一端口、第二端口和第三端口，所述的光源连接第一自由度编码单元的一端，所述第一量子信道的两端分别连接第一自由度编码单元的另一端、第二自由度编码单元的一端，所述第二量子信道的两端分别连接第二自由度编码单元的另一端、第三自由度编码单元的输入端，所述第三自由度编码单元的第一输出端连接第一偏振分束器的第一端口，第三自由度编码单元的第二输出端连接第二偏振分束器的第一端口，第一偏振分束器的第二端口连接第一单光子探测器，第一偏振分束器的第三端口连接第二单光子探测器，第二偏振分束器的第二端口连接第三单光子探测器，第二偏振分束器的第三端口连接第四单光子探测器。

其中，第一偏振分束器、第二偏振分束器将光脉冲根据偏振分束成两路偏振垂直的光脉冲，水平偏振的光脉冲透射，垂直偏振光脉冲反射；第一单光子探测器、第二单光子探测器、第三单光子探测器、第四单光子探测器用于探测单光子脉冲。

作为优选，所述的第一自由度编码单元为第一偏振编码器，所述的第二自由度编码单元为时间编码器。第一偏振编码器对一个光脉冲随机编码Z、X、Y基矢的本征量子态，例如使用相位调制器调制快慢轴的相对相位而制备偏振量子态；时间编码器对一个光脉冲随机编码时间比特的Z、X、Y基矢的本征量子态，例如使用不等臂干涉仪或法拉第迈克尔逊干涉仪及相位调制器、强度调制器等制备时间比特的量子态。

作为另一优选，所述的第一自由度编码单元为时间编码器，所述的第二自由度编码单元为第一偏振编码器。时间编码器对一个光脉冲随机编码时间比特的Z、X、Y基矢的本征量子态，例如使用不等臂干涉仪或法拉第迈克尔逊干涉仪及相位调制器、强度调制器等制备时间比特的量子态；第一偏振编码器对一个光脉冲随机编码Z、X、Y基矢的本征量子态，例如使用相位调制器调制快慢轴的相对相位而制备偏振量子态。