[实用新型]一种相位调制偏振编码的高速量子密钥分发系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及量子保密通信领域，具体地，涉及一种相位调制偏振编码的高速量子密钥分发系统。

背景技术

人类通信系统的发展一直离不开“安全”这个字眼，无论是上世纪的摩尔斯电码、恩尼格玛密码，直到1977年提出的RSA公钥加密算法，都为信息安全应运而生。

而量子计算机系统被提出以来，RSA公认的安全性受到极大的威胁，传统的加密方式已经不足以确保信息在通信、处理过程中的安全。也因此，“一次一密”的量子密钥分发系统(QKD)也被提出。到现今为止，长距离、高速率的QKD系统不断被设计出来。量子密钥以其基于量子特性的“不确定性原理”以及“量子不可克隆原理”所引申的“绝对保密”性质，被军事、银行等各大保密行业持续关注。近年来，许多量子通信系统陆续被完成，其在通信的安全性上的保证毋庸置疑地得到证明，量子通信系统的研究也越来越火热，偏振编码和相位编码的QKD系统逐渐成为主要研究的方向。偏振编码的QKD系统工作过程如下：通过随机数的产生，来控制单光子源发出不同偏振状态的脉冲激光，再经过强度调制形成诱骗态。随即携带有量子信息的单光子脉冲，经过长距离光纤传输到达接收端，接收端通过随机的偏振基探测解调，还原出一定的随机数序列，并且通过经典信道告知发送方用于探测的随机的偏振基。发送方收到探测序列信息后，即通过经典信道告知接收方哪些位上的码是有效可靠的，之后，收发双方便筛选出相同的密码本。最后，双方公布部分的密码本以校验误码率以检测是否有监听和攻击存在，同时进行密钥的纠错成码。

随着量子通信系统的速率不断提升，量子通信的速率追赶传统光通信的脚步似乎越来越快。也正是因为通信速率的不断加快，在研究中，各种对于量子通信系统的速率以及成码率的限制也体现出来。包括偏振度的限制，传输光纤中的状态抖动，激光源的状态改变等等。其中，由于激光源不同而引入的激光状态的不同及其漂移，似乎成为固有不可消除的一种噪声，此外，由于应用不同激光器所引入的量子态的非正交性，对于绝对安全的破坏，也不容忽视。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种相位调制偏振编码的高速量子密钥分发系统，其改进了传统的由四个激光光源组成的量子通信发送端，采用单一的激光光源，随机信号不再用来触发激光器产生光脉冲，而是触发调制器调制不同的偏振态，减小了各激光器的差异性引入的噪声以及抖动，减少了发送端的器件个数，简化了光路的复杂程度，利用单光纤传输量子信号和时钟，减小了时钟抖动带来的误码率，改善了以往冗余的光路结构，简化了系统，节约了成本。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了如下的技术方案：

本实用新型一种相位调制偏振编码的高速量子密钥分发系统，包括量子通信发送端，量子通信接收端，所述量子通信发送端包括发送方FPGA芯片、激光器、强度调制器、第一偏振分束器、环形器、Sagnac环单光子偏振调制器、衰减器、时钟信号、1570nm激光器、波分复用器，所述发送方FPGA芯片信号连接所述激光器、强度调制器、时钟信号，所述激光器、强度调制器、第一偏振分束器、环形器、Sagnac环单光子偏振调制器、衰减器依次顺序电性连接，所述时钟信号信号连接所述1570nm激光器，所述1570nm激光器、衰减器电性连接所述波分复用器，所述量子通信接收端包括接收方FPGA芯片、第一单光电子探测器、第二单光电子探测器、第三单光电子探测器、第四单光电子探测器、第三偏振分束器、第四偏振分束器、第一电偏振控制器、第二电偏振控制器、耦合器、解波分复用器，所述接收方FPGA芯片信号连接所述第一单光电子探测器、第二单光电子探测器、第三单光电子探测器、第四单光电子探测器、第一电偏振控制器、第二电偏振控制器、解波分复用器，所述第一单光电子探测器、第二单光电子探测器电性连接所述第三偏振分束器，所述第三单光电子探测器、第四单光电子探测器电性连接所述第四偏振分束器，所述第三偏振分束器、第四偏振分束器分别对应电性连接所述第一电偏振控制器、第二电偏振控制器，所述第一电偏振控制器、第二电偏振控制器电性连接所述耦合器，所述耦合器电性连接所述解波分复用器，所述解波分复用器电性连接所述波分复用器。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述Sagnac环单光子偏振调制器包括：随机调制信号、相位调制器、法拉第旋转器、第二偏振分束器。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述Sagnac环单光子偏振调制器在环中利用FPGA产生GHz高速的随机数序列，并且由随机数序列触发调制相位调制器和强度调制器。