[发明专利]用于诱骗态编码和偏振编码的发送端、编码方法及量子密钥分发系统

说明书

本发明涉及用于诱骗态和偏振编码的发送端、编码方法及量子密钥分发系统。在本发明中，发送端可以包括光源、编码模块和光路折返模块，其中：编码模块包括相位调制单元，且设置成通过相位调制单元对待编码的信号光进行第一次相位调制并基于该相位调制对信号光进行诱骗态编码；光路折返模块设置用于接收经诱骗态编码的信号光并使其折返回编码模块；编码模块还被设置成通过相位调制单元对经折返的经诱骗态编码的信号光进行第二次相位调制，并基于该相位调制对经折返的经诱骗态编码的信号光进行偏振编码。由此借助光路折返模块复用编码模块，使得通过设置编码模块以同时实现诱骗态和偏振编码成为可能，极大地简化了发送端结构。

技术领域

本发明涉及量子保密通信领域，具体涉及一种用于诱骗态编码和偏振编码的发送端、编码方法及量子密钥分发(QKD)系统。

背景技术

量子密钥分发(QKD)与经典密钥体系的根本不同在于其采用单个光子或纠缠光子对作为密钥的载体，由量子力学的基本原理保证了该过程的不可窃听、不可破译性，从而提供了一种更为安全的密钥体系。

QKD系统的发送端常采用激光作为光源，然而激光光源存在的多光子成分会受到光子数分离攻击。对此，QKD系统的光源常采用诱骗态调制方案解决该问题。诱骗态调制方案需要随机调制不同的光强，常用的方法为通过强度调制器实现。

QKD系统的发送端还需要对诱骗态光源进行量子态BB84编码，如常用的偏振编码。基于相位调制的偏振态编码主要原理为：

其中，通过将光脉冲分为偏振方向相互垂直的两个光脉冲分量(|H和|V)，再调节这两个光脉冲分量的相位差通过在两个光脉冲分量之间调制出特定的相位差可以在由两个光脉冲分量合束形成的光脉冲上实现特定的偏振态，例如，当相位差分别取为0、π/2、π和3π/2时，则可以通过合束对应获得P、R、N和L偏振态。在现有技术中，通常采用相位调制器实现相位差的调节。

简而言之，QKD系统的发送端不仅需要进行诱骗态编码，还需要进行BB84编码如偏振编码。现有技术中，两种编码的光路相互独立，且各自需要一个调制器实现，由于调制器成本高，导致系统成本高，不容易实现低成本小型化。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的第一方面提出了一种用于诱骗态编码和偏振编码的发送端，其包括光源1、编码模块2和光路折返模块3。其中，所述光源1用于提供待编码的信号光；所述编码模块2包括相位调制单元211、221、231，且被设置成通过所述相位调制单元211、221、231对所述待编码的信号光进行第一次相位调制，并基于所述第一次相位调制对所述待编码的信号光进行诱骗态编码；所述光路折返模块3被设置用于接收经诱骗态编码的所述信号光并使其折返回所述编码模块2；并且，所述编码模块2还被设置成通过所述相位调制单元211、221、231对经折返的经诱骗态编码的所述信号光进行第二次相位调制，并基于所述第二次相位调制对经折返的经诱骗态编码的所述信号光进行偏振编码。

优选地，所述光路折返模块3可以包括环形器31或者反射结构32、33。

优选地，所述编码模块2还可以包括偏振分束单元212和分束单元213，所述偏振分束单元212和所述分束单元213之间通过具有相同光程的第一光路和第二光路连接以形成等臂MZ干涉仪；并且，所述相位调制单元211设于所述第一光路和/或所述第二光路上。

优选地，所述偏振分束单元212接收所述待编码的信号光，以及输出经诱骗态编码和偏振编码的所述信号光；并且，所述分束单元213输出经诱骗态编码的所述信号光，以及接收经折返的经诱骗态编码的所述信号光。

优选地，本发明的发送端还可以包括相位检测反馈模块，用于补偿所述等臂MZ干涉仪中的相位漂移；并且/或者，所述光路折返模块3可以为环形器31；并且/或者，所述偏振分束单元212可以为偏振分束器；并且/或者，所述分束单元213可以为分束器。