[发明专利]一种量子保密通信光路

说明书

本发明涉及一种量子保密通信光路。仅需要2个相位调制器就可以实现量子通信所需全部量子态的制备，降低了系统的复杂度，同时本发明所提量子保密通信实现方案可以兼容BB84、参考系无关等不同的量子保密通信协议，真正实现一个系统多个协议自由切换。解决了干涉仪双臂损耗不匹配的问题。不但降低了现有量子保密通信系统的复杂度、提高了系统稳定性，而且能够兼容不同的量子保密通信协议，能够更好的满足各种应用需求，促进量子保密通信的实用化、商业化。

技术领域

本发明涉及一种量子保密通信实现方案，特指一种用于量子保密通信量子态制备和检测的新型光路结构方案。

背景技术

自1984年第一个量子保密通信协议提出后，量子保密通信在理论和实验，以及工程实现上都得到了非常快速的发展。目前，量子保密通信的最快时钟频率已达到2GHz以上，无中继时最远传输距离也已经达到400公里以上。同时， 以我国的墨子量子卫星、京沪量子干线、日本东京量子通信网、欧盟量子网等为代表的量子通信网络的建成和运行，标志着量子通信已经开始工程实际应用。

根据信道载体的不同，现有量子通信网络存在光纤和自由空间两种信道。光纤量子通信网主要适用于城域尺度、可视环境较差情况下的通信，该系统中受光纤双折射效应的影响，相位编码成为较好的选择。自由空间量子通信主要适用于可视环境好、大距离尺度上的通信，受大气环境影响，主要采用偏振编码来实现。在相位编码光纤量子通信系统中，现有系统存在干涉仪双臂损耗不匹配，干涉仪不稳定，以及需要多个调制器进行量子态制备等问题，从而导致系统复杂度增加，稳定性下降。这些因素制约了量子通信的进一步实际应用。

发明内容

本发明要解决的问题是：提供了一种新型的量子保密通信实现光路，解决了干涉仪双臂损耗不匹配的问题，同时仅需要2个相位调制器就可以实现量子通信所需全部量子态的制备，降低了系统的复杂度，同时本发明所提量子保密通信实现方案可以兼容BB84、参考系无关等不同的量子保密通信协议，真正实现一个系统多个协议自由切换。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：采用自稳定环路干涉仪来实现编码不等臂干涉仪两路光的制备。所指自稳定环路干涉仪是指由2*2分束器端口2、端口3、偏振分束器、相位调制器I和法拉第镜构成的往返式环路干涉仪。所指编码不等臂干涉仪是指由2*2分束器端口①、端口④、环形器、相移器、1*2合束器构成的不等臂干涉仪。所指不等臂是该干涉仪的长臂和短臂光纤长度不相等。所指不等臂干涉仪长臂是指从2*2分束器端口④到1*2合束器端口②的光纤长度。所指不等臂干涉仪短臂是指从2*2合束器端口①到环形器端口②、再到环形器端口③、再到1*2合束器端口③的光纤长度。通过调节自稳定环路干涉仪中相位调制器I的驱动电压可以实现光信号到编码不等臂干涉仪长臂、短臂、长臂和短臂相干叠加三个状态的自由切换，从而制备出量子保密通信所需六个量子态中的三个量子态。同时通过调节自稳定环路干涉仪中相位调制器I的半波电压可以调节编码不等臂干涉仪两臂光的强度，从而解决编码干涉仪双臂损耗不匹配的问题。然后，通过在编码不等臂干涉仪的输出端口接入一个相位调制器Ⅱ即可实现量子保密通信所需六个量子态中剩余三个量子态的制备。

态测量方面，本发明采用一个高速扰偏器加偏振分束器的方案来随机改变输入光信号的偏振态，从而实现测量基的被动随机选择，避免的主动基选择系统存在的调制带宽受限和稳定性较差的问题，提高了系统的稳定性。

本发明的有益效果是:不但降低了现有量子保密通信系统的复杂度、提高了系统稳定性，而且能够兼容不同的量子保密通信协议，能够更好的满足各种应用需求，促进量子保密通信的实用化、商业化。

附图说明

图1所示的是本量子保密通信实现方案的发送方输入输出简明结构图，

图2所示的是本量子保密通信实现方案接收方输入输出简明结构图。

具体实施方式