[发明专利]一种量子密钥分发系统及其通信方法

权利要求书

1.一种量子密钥分发系统，其特征在于，所述量子密钥分发系统包括：

发射端，所述发射端用于生成光脉冲，对所述光脉冲进行偏振以及相位联合调制；

接收端，所述接收端通过光纤信道与所述发射端连接，所述接收端用于依次对所述光脉冲进行相位解码以及偏振解码，在完成偏振解码后，补偿所述光纤信道对联合调制后的所述光脉冲的扰动，最后对所述光脉冲的偏振态进行探测；

在所述发射端中，光脉冲包括{P，N，R，L}这四种偏振态；

在所述接收端，分别对各个偏振态进行探测；

其中，P和N为X基矢的本征态；R和L为Y基矢的本征态；

所述发射端包括：激光器，所述激光器为光源，用于生成所述光脉冲；偏振编码模块，所述偏振编码模块用于对所述激光器出射的光脉冲进行偏振编码，在所述光脉冲的R、L、P以及N四种偏振态中随机选择一种进行偏振编码；相位编码模块，所述相位编码模块用于对偏振编码后的光脉冲进行相位编码，在{0，π/2，π，3π/2}中随机选一个相位差进行相位编码；可调光衰减器，所述可调光衰减器用于将所述相位编码模块出射的光脉冲衰减到单光子量级；

所述相位编码模块包括：第一分束器、第一法拉第旋转镜、第二法拉第旋转镜、第二相位调制器以及第二随机数装置；所述第一分束器具有第一端口、第二端口、第三端口以及第四端口；所述第一分束器通过其第一端口获取经过偏振编码后的光脉冲，将所述光脉冲分为两路，一路通过其第三端口出射，经过所述第二相位调制器后入射所述第一法拉第旋转镜，通过所述第一法拉第旋转镜反射后原路返回其第三端口，另一路经过其第四端口出射，经过所述第二法拉第旋转镜反射后原路返回其第四端口，相位编码后的光脉冲经过其第二端口发送给所述可调光衰减器；其中，所述第二随机数装置用于对所述第二相位调制器的相位改变量进行随机数控制。

2.根据权利要求1所述的量子密钥分发系统，其特征在于，所述发射端以及所述接收端均通过随机数控制，以采用非平衡BB84协议，实现非平衡基矢方案。

3.根据权利要求1所述的量子密钥分发系统，其特征在于，所述激光器出射的光脉冲的偏振态为P；

所述偏振编码模块包括萨格纳克干涉环，所述萨格纳克干涉环用于将所述激光器出射的光脉冲的偏振态转换为{P，N，R，L}这四种偏振态。

4.根据权利要求1所述的量子密钥分发系统，其特征在于，所述偏振编码模块包括：第一偏振分束器、第一相位调制器以及第一随机数装置；

所述第一偏振分束器具有第一端口、第二端口、第三端口以及第四端口；所述第一偏振分束器通过其第一端口获取所述激光器出射的光脉冲，将所述光脉冲分为两路，一路通过其第三端口出射，经过所述第一相位调制器后入射其第四端口，另一路经过其第四端口出射，经过所述第一相位调制器后入射其第三端口，所述第一相位调制器对入射的两路光脉冲进行相位调制，使得该两路光脉冲之间产生相位差；该两路光脉冲回到所述第一偏振分束器汇合，经过其第二端口形成偏振编码后的光脉冲，发送给所述相位编码模块；

其中，所述第一随机数装置用于对所述第一相位调制器的相位改变量进行随机数控制。

5.根据权利要求1或2所述的量子密钥分发系统，其特征在于，所述接收端包括：

相位解码模块，所述相位解码模块用于对经过联合调制后的所述光脉冲进行相位解码；

偏振解码模块，所述偏振解码模块用于对所述相位解码模块出射的光脉冲进行偏振解码，还用于补偿所述光纤信道对于光脉冲的扰动；

探测器模块，所述探测器模块用于对所述偏振解码模块出射的光脉冲的各个偏振态分别进行探测。