[发明专利]基于芯片集成光路的高维复用量子通信方法、系统及存储介质

权利要求书

1.一种基于芯片集成光路的高维复用量子通信方法，其特征在于所述方法包括：

步骤一、在量子信息编码和解码过程中，单个光量子的多个光学自由度均作为编码内容参与编码，且在同一光学自由度上编译多位量子比特；

步骤二、采用芯片集成光路的技术路线实现量子信息解码，通过芯片集成光子器件构建光学系统，当弱相干脉冲由宽谱光源产生，宽谱光源的时域特性决定了弱相干脉冲的时域特性；宽谱光源输出脉冲各波长分量经波分复用器分离至不同路径，由可调谐衰减器调节平均功率，不同中心波长的弱相干脉冲序列按照L₁-L₄的顺序空间分离，并由可调谐衰减器控制分别获得不同的单脉冲平均光子数，即实现了波长量子密钥编码；当单脉冲平均光子数小于1时，不包含光子的空脉冲和包含光子的非空脉冲在时间序列上的出现位置呈现一定的随机特性，不同波长的弱相干脉冲序列亦可独立实现诱骗态的吵闹声和控制；不同波长的弱相干脉冲序列偏振态经偏振控制器独立调控，可实现基于偏振方向的量子密钥编码，最简单的二维编码即对水平方向和垂直方向两个正交偏振态进行赋值；通过光学分束器、光学移相器和50％-50％定向耦合器构成的等臂干涉仪，可实现基于路径选择的量子密钥编码，即通过控制移相器引入的两臂相位差可控制弱相干脉冲序列沿照P₁或P₂路径传输；通过光学移相器，可实现基于相对相位的量子密钥编码，以相邻两个脉冲之间的相对相位差为编码变量，常用的正交基分别为0相位和π相位；利用可调谐光学延迟线，可实现基于到达时间的量子密钥编码，即通过对相对时延0或T进行赋值实现到达时间编码；通过波分复用器，可将波长不同的弱相干脉冲序列按组集总到同一路径中，并经由多芯光纤或多纤光缆传输，构建高维复用量子信息发送系统；实现量子光源、光学分束器、光学延迟线、可调谐衰减器、波分复用器、偏振分束器、偏振控制器、移相器的单芯片集成，并通过光电混合集成技术将集成电路与集成光路制备于同一芯片上，通过集成电路的电平分布控制集成光路的器件性能，实现高维复用量子信息编码功能；

步骤三、采用多芯光纤或多纤光缆进行量子信息的传输。

2.根据权利要求1所述的基于芯片集成光路的高维复用量子通信方法，其特征在于，所述步骤二还包括通过集成电路的电平分布控制集成光路的器件性能，实现高维复用量子信息解码功能；将量子信息解码系统与低温超导硅基纳米线分别进行光学层面和电学层面的兼容适配，实现整芯片封装的量子信息解码系统，降低插入损耗和空间环境带来的噪声。

3.根据权利要求1所述的基于芯片集成光路的高维复用量子通信方法，其特征在于，所述步骤三中多芯光纤是在同一根光纤内具备多个纤芯的一种特殊光纤；多纤光缆是在同一根光缆内具备多根光纤，在各光纤内独立传播空间分离的量子信息。

4.根据权利要求1所述的基于芯片集成光路的高维复用量子通信方法，其特征在于，所述方法采用全光纤光路或空间光路方式实现或采用多材料芯片集成光路的方式来实现。

5.根据权利要求1所述的基于芯片集成光路的高维复用量子通信方法，其特征在于，所述多个光学自由度主要包括波长、偏振、路径、相位、到达时间。

6.根据权利要求1所述的基于芯片集成光路的高维复用量子通信方法，其特征在于，所述在同一光学自由度上编译多位量子比特即同一光学自由度的比特数量超过2。