[实用新型]一种任意偏振态发射装置、接收装置及量子通信系统

说明书

本实用新型公开了一种任意偏振态发射装置，包括激光器模块、第一偏振态转换输出模块、偏振态转换器和第二偏振态转换输出模块；激光器模块用于出射偏振光，第一偏振态转换输出模块用于将激光器模块出射的偏振光转换为不含0°和90°线偏振态的任意偏振态，偏振态转换器用于将第一偏振态转换输出模块输出的偏振态中正交的一组偏振态转换为0°和90°线偏振，其余态不变，第二偏振态转换输出模块用于将经偏振态转换器输出的偏振态转换为任意偏振态输出。本实用新型还公开了一种任意偏振态接收装置和一种量子通信系统。本实用新型的优点在于：能够制备任意偏振态输出，也可以随机制备HVPNRL6种偏振态，在量子信息领域有广泛的应用前景。

技术领域

本实用新型涉及量子通信技术领域，更具体涉及一种任意偏振态发射装置、接收装置以及量子通信系统。

背景技术

量子密钥分发技术能够在通信双方之间产生完全一致的无条件安全的密钥，因而受到广泛关注。自从1984年BB84方案提出以来，各种理论方案日臻完善，技术实现逐渐成熟并走向实际应用。在量子通信系统中，采用量子态的偏振信息编码量子比特是最主流的方案之一。偏振编码量子通信中通常需要发射4个不同偏振的量子态，主要有两种实现方式。一种是多激光器方案，即使用4个激光器分别出射0°线偏振态、45°线偏振态、90°线偏振态、135°线偏振态等偏振态，再合成一束输出，由于不同激光器之间不可避免的差异(如中心波长、光谱分布、脉冲形状等)会带来一些安全性漏洞，在量子通信中逐渐被淘汰。另一种方式是单激光器方案，通过偏振调制器将光调制成不同的偏振态，这种方式避免了多激光器的参数不一致的漏洞，但是使用偏振调制器成本较高，性能较差，尤其是速率太慢。

在光纤系统中，相位调制器速率很高，陆续有人提出在干涉环中使用相位调制器来制备偏振态的方案。主要原理为先将不同偏振态的两路光，使用相位控制器调制两路之间的相位差，再通过合束干涉形成新的偏振态输出。唐志列等人发表在《物理学报》，54(06),2005:2534-2539的“相位-偏振编码的量子保密通信系统的研究”一文提出使用偏振分束器PBS构成的干涉仪系统，制备了45°线偏振态、135°线偏振态、右旋圆偏振态和左旋圆偏振态等四种偏振态；李申等人发表在《物理学报》,62,2013:084214的“全光纤量子通信系统中的高速偏振控制方案”一文提出使用偏振分束器PBS构成的Sagnac干涉仪系统，制备了45°线偏振态、135°线偏振态、右旋圆偏振态和左旋圆偏振态等四种偏振态；马海强等人在授权公告号为CN101150371B的专利文件中提出使用偏振分束器PBS构成的不等臂干涉仪系统，制备了45°线偏振态、135°线偏振态、右旋圆偏振态和左旋圆偏振态等四种偏振态；王金东等人在专利公开号为CN104579564A的专利申请文件中公开提出使用偏振分束器PBS构成的Sagnac干涉仪系统，制备了45°线偏振态、135°线偏振态、右旋圆偏振态和左旋圆偏振态等四种偏振态。

从现有技术中不难看出，无论使用何种干涉仪结构，现有方案均只能制备45°线偏振态、135°线偏振态、右旋圆偏振态和左旋圆偏振态等这四种偏振态，而不能产生0°线偏振态和90°线偏振态，这样就无法实现多于4个态的量子通信协议，如使用0°线偏振态、45°线偏振态、90°线偏振态、135°线偏振态、右旋圆偏振态和左旋圆偏振态等6个偏振态的6态协议和使用该6个偏振态的参考系无关量子通信协议。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题之一在于量子通信中如何制备任意偏振态。

本实用新型所要解决的技术问题之二在于量子通信中如何接收任意偏振态。

本实用新型所要解决的技术问题之三在于如何实现任意偏振态的量子通信。

本实用新型是通过以下技术方案解决上述技术问题之一的：