[发明专利]一种基于非延时干涉环的高阶时间-频率调制QKD测量方法

权利要求书

1.一种基于非延时干涉环的高阶时间-频率调制量子密钥分配系统测量方法，目的在于提高系统的测量效率，从而提高安全密钥生成率，其特征在于：M阶时间-频率调制量子密钥分配系统由时域测量模块和频域测量模块组合在一起实现整体测量，其中，

A.时域测量模块由1个1×M光开关，M-1个延时线以及M个单光子探测器组成；光开光的配置规则为：将M个时隙按到达先后顺序编号，第一个时隙光开光控制输入信号从第一个端口输出，第二个时隙光开关控制输入信号从第二个端口输出，以此类推；光开关的每个输出端口与不同的光纤延时线相连，如第一个输出端口与M-1个时隙的延时线相连，第二个输出端口与M-2个时隙的延时线相连，以此类推，最后一个输出端口的延时为零，即不需要延时线；M-1个延时线分别与M-1个单光子探测器相连，光开关的最后一个输出端口直接与第M个单光子探测器相连；所有探测器的时钟同步，即在一定的探测时隙内同时探测光子，通过观察成功探测到光子的探测器编号即可获知测量的量子态；

B.频域测量模块由1个1×M光开关，M-1个延时线，1个非延时干涉环以及M个单光子探测器组成；其中，非延时干涉环由0.5M·log₂M个2×2耦合器组成，干涉环的各臂上需要配置相位调制器，相位调制器的相位偏移通过计算获得，使信号经过非延时干涉环干涉后满足不同量子态的信号从不同的端口输出；当信号到达频域测量模块时，首先经过光开关与延时线实现串并转换，然后通过非延时干涉环，最终被某个与干涉环输出端口相连的探测器成功探测；接收者将通过观察接收到光子的探测器编号来判断信号的量子态；

C.采用1×2耦合器将A所述的时域测量模块和B所述的频域测量模块组合在一起完成测量，对此分别提出基本型和经济友好型两种组合方式，分别实现基本型整体测量方法和经济友好型整体测量方法；基本型组合方式中时域测量模块和频域测量模块的光开关和延时线都是独立不共享，时域测量模块和频域测量模块分别与1×2耦合器的两个输出端口相连，当信号到达耦合器的输入端口时，将随机选择一个端口输出，即随机到达时域测量模块和频域测量模块，由此实现了随机选择测量基测量的功能；经济友好型组合方式中时域测量模块和频域测量模块的光开关和延时线是共享使用的，在每个延时线的输出端口处均配备一个1×2耦合器，即共需要M个1×2耦合器，耦合器的两个输出端口分别连接时域测量模块中所需的单光子探测器以及频域探测模块中非延时干涉环的各个输入端口，信号经过光开关及延时线后，到达1×2耦合器，随机选择一个输出端口来实现直接的时域测量以及干涉后的频域测量。

2.如权利要求1所述方法，其特征在于，根据频域基调制信号经过相位调制器及2×2耦合器后的量子态变化来计算并确定非延时干涉环各个臂上的相位偏移；首先，M阶频域基调制信号的量子态可以表示为：

其中为时域基调制的量子态；当该量子态经过相位偏移为θ弧度的相位调制器后，其量子态变为

当公式(1)所述的量子态经过一个2×2耦合器时，其两个端口：反射端口和直射端口的量子态分别为：

根据以上公式计算脉冲经过非延时干涉环后各个输出端口处脉冲的量子态，其模的平方即为在各个输出端口测量到光子的概率，用P_ij表示，i和j分别代表脉冲的量子态及输出端口的编号，i,j为正整数且满足i,j∈[1,M]；P_ij需要满足：

非延时干涉环中的相位偏移的选择只需使频域基信号经过非延时干涉环干涉输出后，在各个端口被探测到的概率满足以上三个公式要求即可。