[发明专利]一种基于波导干涉环的量子密钥分配系统与方法

说明书

技术领域

本发明涉及光传输安全通信技术领域，特别涉及一种基于波导干涉环的量子密钥分配系统与方法。

背景技术

随着互联网的大范围普及，人类之间的信息传递达到了前所未有的数量和频率，各种隐私信息越来越多地暴露在互联网上，因此，人类对保密通信的需求也到了前所未有的高度。现在的互联网信息安全的加密方式称为“公开密钥”密码体系，其原理是通过加密算法，生成网络上传播的公开密钥，以及留在计算机内部的私人密钥，两个密钥必须配合使用才能实现完整的加密和解密过程。

现代互联网使用的加密标准是20世纪70年代诞生的RSA算法，即利用大数的质因子分解难以计算来保证密钥的安全性。

量子密钥分配是1984年物理学家Bennett和密码学家Brassard提出了基于量子力学测量原理的BB84协议，量子密钥分配可以从根本上保证了密钥的安全性。

现有技术中量子密钥在发射端产生信号光，经过传统的量子信道传输过程中，由于经过光纤信道双折射等作用，其偏振态会有较大变化，影响光信号后期的干涉效果，会造成整体密钥的丢失，目前，为了解决上述问题会在接收端增加纠偏系统，通过纠偏系统来还原光信号的偏振态，但是纠偏系统需要复杂的硬件以及软件部分组成，给整个密钥分配系统带来了整体系统的复杂度以及提高了生产成本；另外，光信号经过普通单模光纤干涉环的长短臂的不同路径后其偏振状态会发生不同的变化并导致干涉结果不明显，所以在正常制作中需要使用额外的偏振补偿技术来保证经过不同臂的光的偏振态相同，进一步增加了系统复杂度以及提高了生产成本。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于波导干涉环的量子密钥分配系统与方法，以解决现有技术中量子秘钥分配系统为了提高密钥生成效率需要系统增加纠偏系统以及偏振补偿技术，从而使系统增加了复杂度以及提高了生产成本的技术性缺陷。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于波导干涉环的量子密钥分配系统，包括通过量子信道连接的发射端与接收端，所述发射端包括发射端驱动板、信号激光器、同步激光器、强度调制器、1*4保偏分束器、四路波导干涉环、第一可调衰减器、第二可调衰减器以及发射端复用器，所述四路波导干涉环臂长差不同，其相位差分别为0，π/2，π，3π/2，所述信号激光器依次连接强度调制器、1*4保偏分束器，所述1*4保偏分束器分别连接四路波导干涉环，所述四路波导干涉环各连接有强度调制器，所述四路波导干涉环通过各自连接的强度调制器连接第一可调衰减器，所述第一可调衰减器连接发射端复用器，所述同步激光器依次连接第二可调衰减器以及发射端复用器，所述第一可调衰减器与第二可调衰减器连接发射端复用器的同一端，所述发射端驱动板分别连接信号激光器、强度调制器、波导干涉环、同步激光器、第一可调衰减器以及第二可调衰减器；

所述接收端包括接收端驱动板、接收端复用器、同步探测器、偏振分束器、两路波导干涉环以及单光子探测器，所述接收端复用器通过量子信道连接发射端复用器，所述接收端复用器的另一端分别连接同步探测器与偏振分束器，所述偏振分束器依次分别连接两路波导干涉环，其中，两路波导干涉环均连接有两路单光子探测器，所述接收端驱动板分别连接同步探测器、波导干涉环以及单光子探测器。

优选地，所述波导干涉环包括前端耦合器、长臂波导单元、短臂波导单元以及后端耦合器，所述前端耦合器的输出端分别连接长臂波导单元以及短臂波导单元，所述长臂波导单元以及短臂波导单元的输出端分别连接后端耦合器，所述长臂波导单元包括第一耦合器、延时波导以及第二耦合器，所述第一耦合器通过硅波导连接前端耦合器的输出端，所述第一耦合器通过延时波导连接第二耦合器，所述第二耦合器通过硅波导连接后端耦合器的输入端，所述短臂波导单元采用硅波导连接前端耦合器的输出端以及后端耦合器的输入端，所述长臂波导单元和/或短臂波导单元上设置有相位调制器。

优选地，所述延时波导为低损耗硅波导、氧化硅波导、SiON波导、Si₃N₄波导以及聚合物波导中的一种或是组合，所述短臂波导单元上设置有可调衰减器。

优选地，所述信号激光器与同步激光器为同一复用激光器，所述复用激光器可采用时分复用的方式发射信号光与同步光，所述发射端复用器为时分复用器，所述接收端复用器为解时分复用器。

本发明还提供了一种基于波导干涉环的量子密钥分配方法，包括以下步骤：