[发明专利]一种偏置无关的高斯调制量子光信号产生装置及方法

说明书

本发明公开了一种偏置无关的高斯调制量子光信号产生装置及方法，装置包括马赫‑曾德尔干涉仪、数模转换模块、随机数产生模块和光衰减器；所述马赫‑曾德尔干涉仪的输入端接入光脉冲信号，输出端连接光衰减器；所述随机数产生模块与数模转换模块连接，所述数模转换模块的两个输出端口分别连接到马赫‑曾德尔干涉仪的两个相位调制器的射频端口。本发明通过采用两个相位调制器构成一个马赫‑曾德尔干涉仪，避免了传统方法中强度调制器偏置漂移的影响，提高了高斯调制量子光信号产生的稳定度和精确度；本发明通过精确控制马赫‑曾德尔干涉仪两臂的光延迟，无需考虑传统方法中强度调制器与相位调制器之间的光延迟与电延迟匹配的问题。

技术领域

本发明属于量子保密通信技术领域，具体涉及一种偏置无关的高斯调制量子光信号产生装置及方法。

背景技术

近年来，随着量子信息理论及技术的发展，量子密钥分发技术的理论和实验研究均取得了巨大的研究进展。其中，基于相干态的连续变量量子密钥分发方案因其具有不需要单光子光源和单光子探测器等非经典器件，在实验上容易实现且与经典光通信具有充分的兼容性等优点，受到了国内外学术界和产业界的高度重视。

为使通信双方的互信息量接近光纤信道容量，连续变量量子密钥分发系统中Alice发送的相干态载体常采用高斯调制量子光信号，因而高斯调制量子光信号的产生装置与方法就成为连续变量量子密钥分发的关键技术之一。

目前，高斯调制量子光信号的主要产生方法是利用瑞利分布随机数反正/余弦电压对光脉冲有效部分进行幅度调制，然后级联均匀分布随机数电压对光脉冲有效部分进行相位调制，利用瑞利分布随机数乘以均匀分布随机数的余弦实现高斯调制(D.Huang,P.Huang,D.K.Lin and G.H.Zeng,“Long-distance continuous-variable quantum keydistribution by controlling excess noise”,Scientific Reports,2016,6(1):19201.)。但该方法容易受到强度调制器偏置电压漂移的影响，因而需要极其复杂的稳偏装置以保证强度调制器精确偏置在最优状态，但稳偏装置的实现复杂性较高，难度较大。同时，该方法还要求瑞利分布随机数调制与均匀分布随机数调制之间光路延时与电路延时进行精确匹配，以实现随机数精确加载在光脉冲信号的有效部分上。综上，当前高斯调制量子光信号的产生装置和方法在精确性和稳定性方面都面临严重的不足，不利于高速及长距离连续变量量子密钥分发系统的实用化研制。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供了一种偏置无关的高斯调制量子光信号产生装置及方法，旨在解决目前连续变量量子密钥分发系统中高斯调制量子光信号产生困难，受强度调制器偏置漂移影响导致精确性和稳定性差的问题，本发明提高了高斯调制量子光信号的产生精度和稳定度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种偏置无关的高斯调制量子光信号产生装置，包括马赫-曾德尔干涉仪、数模转换模块、随机数产生模块和光衰减器；所述马赫-曾德尔干涉仪的输入端接入光脉冲信号，输出端连接光衰减器；所述随机数产生模块与数模转换模块连接，所述数模转换模块的两个输出端口分别连接到马赫-曾德尔干涉仪的两个相位调制器的射频端口。

本发明还提供了一种偏置无关的高斯调制量子光信号产生方法，包括以下步骤：

(1)搭建偏置无关的高斯调制量子光信号产生装置，包括马赫-曾德尔干涉仪、数模转换模块、随机数产生模块和光衰减器，所述数模转换模块的两个输出端口分别连接到马赫-曾德尔干涉仪的两个相位调制器的射频端口；

(2)随机数产生模块产生随机数，并对随机数进行处理后由数模转换模块的两个输出端口输出随机数电压分别加载到两个相位调制器的射频端口；

(3)光脉冲信号输入到马赫-曾德尔干涉仪中分为两路并分别在两个相位调制器中进行相位调制，两路经过相位调制的光脉冲信号在马赫-曾德尔干涉仪的末端合路后经光衰减器衰减后形成连续变量量子密钥分发所需的高斯调制量子光信号。