[发明专利]基于双路即插即用QKD系统的信道复用装置

说明书

本发明提供一种基于双路即插即用QKD系统的信道复用装置，在现有双路即插即用QKD系统Alice端原来的光源监控模块前增加一分束片，用于将信号光分为两束，其中一束进入一光源监控模块，另一束用于探测经典信息，且该探测经典信息模块包括：一偏振保持分束片，用于将信号光分为信号光S1与信号光S2；一段延时光纤，用于将上述信号光S2延时到与上述信号光S1相同的位置；一偏振控制器，用于将上述信号光S1的偏振状态扭转，使其与信号光S2的偏振状态一致；一分束片，用于将上述经过延时的一束信号光S2与上述经过偏振控制器的另一束信号光S1进行干涉并分为两束信号光，以得到信号光加载的经典信息；两个光电探测器，用于在Alice端对经典信息进行测量。

技术领域

本发明涉及信息科学量子通信中量子密钥分发(Quantum Key Distribution，QKD)领域，尤其涉及一种基于双路即插即用QKD系统的信道复用装置。

背景技术

随着信息科学的发展，量子信息科学逐渐出现在人们的视野中，并且占据着越来越重要的地位。量子信息科学的出现，使得人们看到了突破现有通信技术瓶颈的希望。而量子密钥分发作为量子信息科学中的重要研究成果，它结合了一次一密的编码理论，利用了量子力学原理对密钥进行传输，理论上可以实现无条件安全性。量子密钥分发的基本原理图如图1所示，信息发送者Alice和信息接收者Bob之间存在两条信道，其中量子信道加载包含密钥信息的量子态，经典信道传递经典信息以便于实现误码纠错和私钥放大等。

在量子密钥分发中，BB84协议及其变种是目前QKD所采用的主流协议之一。其中诱骗态协议是BB84协议变种中的一种，诱骗态协议在原来BB84协议的基础上，提高了其安全码率，增强了原BB84协议的实用性。而双路即插即用QKD系统就采用了诱骗态协议，并且该系统还可以自动补偿光纤相位与偏振波动，具有高稳定性和低误码率，是搭建实用化QKD系统的方案之一。

该双路即插即用QKD系统原理图如图2所示，其信号流程如图3A、3B、3C、3D所示，具体原理步骤如下：

首先，Bob端的激光器会发出线偏振脉冲激光信号，该信号通过环形器，第一次入射环形器是从它的a口入射b口出射。

上述从b口出射的信号会进入一个分束片5一分为二，其中一束信号光命名为S1，它通过后续的相位调制器6(但是此时不开启)，另一束信号光命名为S2，它经过后续的延时光纤，最后两束信号光汇合到偏振分束片8(PBS)，由于延时光纤的作用，信号光S2被延时，即信号光S1和S2有了传输上的时间差。

上述的S1和S2两束信号光经过一个偏振分束片8合为一路，在一条光纤上传输，同时由于偏振分束片8的作用，两束信号光的偏振方向互相垂直。

上述合为一路的信号光通过长距离的光纤传输后，进入Alice一端。该信号光会首先经过一段色散补偿光纤来补偿信号在长距离传输光纤中的光纤相位与偏振波动，之后经过一个分束片12分为两束，其中一束信号光(一般选取为百分之九十)作为光源监控，查看是否存在窃听，另外一束信号光(一般选取为百分之十)继续传输，以便于在Alice端加载密钥信息。

上述继续传输的信号光经过一个强衰减器，以便于使得激光脉冲能量弱到单个光子量级。

上述通过强衰减器后的信号光通过一个存储光纤，以便于减小瑞利散射带来的影响。

上述通过存储光纤的信号光经过一个偏振分束片15，由于信号光S1与S2的偏振方向不同，保证了信号光S1和S2会被偏振分束片15分开，信号光S1通过Alice端的相位调制器16(开启状态)，相位调制器16会对信号光S1随机加载相位，以及对之后从Alice端传输到Bob端的信号光S2不加载任何相位(此时相位调制器16不开启)，这一步相当于Alice端在信号光S1上加载了密钥信息。而信号光S2会通过Alice端的强度调制器(开启状态)，以及之后从Alice端传输到Bob端的信号光S1也会通过该强度调制器(开启状态)，随机的产生3个光强度中的一个以便于产生诱骗态。