[实用新型]一种小型化光量子编码装置

说明书

本实用新型公开了一种小型化光量子编码装置，涉及量子通信技术领域，包括：电吸收调制激光器(1)、保偏高速光开关(2)和被动偏振制备器(3)；所述电吸收调制激光器(1)的发射端与所述保偏高速光开关(2)的输入端利用保偏光纤进行连接，所述保偏高速光开关(2)的4路输出端分别与所述被动偏振制备器(3)的4路输入端利用保偏光纤进行连接；所述电吸收调制激光器(1)的发射端发射某一偏振态光脉冲，所述被动偏振制备器(3)的输出端输出所需制备的特定偏振态光子。本实用新型的优点在于：使得量子密钥分发的装置的体积减小，从而使得应用的场景更加广泛。

技术领域

本实用新型涉及量子通信技术领域，更具体涉及一种小型化光量子编码装置。

背景技术

在现生活中，信息安全问题关乎国家安全、商业机密以及个人隐私，因此在信息传输过程中，需要对信息进行加密，有效保障信息的安全。其中，量子密钥分发(Quantum KeyDistribution，QKD)基于量子力学的基本原理，具有不可窃听性和不可破译性，为信息传输提供了安全保障。随着量子通信产业化的推进，量子通信已走出实验室朝商业化发展。在朝着商业化发展的过程中，实现简单和小型系统对降低设备成本拓展用户具有重大意义。

量子通信中的量子密钥分发设备主要由发送端和接收端，即分别对应量子编码装置和解码装置组成。目前由于单光子探测器需制冷等因素，其体积较大，一定程度上限制了接收端的小型化。若实现发送端的小型化，可以极大的方便发送端使用者，大幅扩展其应用场景。目前主流的发送端的编码方案有偏振编码和相位编码。对于相位编码方案由于使用了干涉仪，其需要精确的长度匹配，对环境变化极其敏感，往往需要进行保温和减震等设计，一定程度上限制了其进行小型化。

对于偏振编码方案，主要又分为单激光器方案和多激光器。其中，论文《PracticalAspects of Quantum Cryptographic Key Distribution》(J.Cryptology(2000)13:207-220)对多激光器进行了研究。多个激光器(常见4个)激发的光脉冲经不同路径后得到不同的特定偏振态，通过控制激光器的发光与否，实现所需偏振态的制备，经保偏光耦合器合束，再经可调衰减器衰减到单光子输出。如图1所示，激光器(Laser Diode，LD)所发射的光脉冲经过不同路径后得到不同的特定偏振态，通过控制激光器的发光与否，实现所需偏振态的制备，经保偏偏振分束器(Polarization Maintaining Beam Splitter，PMBS)合束，再经过可调光衰减器(Variable Optical Attenuator，VOA)衰减到单光子输出。该方案，使用了多个激光器，要求四路激光产生的光脉冲除偏振特性可以有差别外，其余特性均需保持一致，否则该方案具有安全性上的漏洞，容易受到攻击。这对激光器的控制和稳定性方面的要求较高，实现难度较大，同时多个激光器的使用也一定程度限定了其小型化。

对于单激光器，例如，专利《一种全光纤高速偏振控制系统和方法》(公开号：CN103969841 A)，该方案中通过调节Sagnac环内相位调制器来实现不同光偏振态的制备。如图2所示，该方案中需使用到相位调制器、起偏器、环形器和偏振分束器等器件，相位调制器体积较大，使用器件数量较多，限制了小型化的实现，并且使用前需对半波电压进行标定以及驱动电脉冲与光脉冲对齐，标定过程较为复杂。

单激光方案中也有通过三个分束器将光分成4束后，经强度调制器控制光的通过和截断，再经偏振制备器件制备成特定偏振态后输出，如专利《一种光量子编码装置及其编码方法》(公开号：CN 101799586 B)。该方案的装置如图3所示，该方案用到了多个分束器和强度调制器，大大增加了体积，限制了小型化的实现。

可见，现有技术中使用分立光纤器件进行搭建编码装置，使用器件数量多、体积大，从而操作不方便、成本高，使得应用的场景比较窄。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于现有技术中量子密钥分发设备体积大的问题，提供一种小型化光量子编码装置。