[发明专利]一种往返式的高斯调制量子光信号产生装置及方法

说明书

本发明公开了一种往返式的高斯调制量子光信号产生装置及方法，装置包括可调光衰减器、相位调制器、光纤环形结构、第一随机数电信号产生模块和第二随机数电信号产生模块，其中：所述光纤环形结构由偏振分束器、强度调制器和90°偏振旋转模块构成；所述可调光衰减器、相位调制器和光纤环形结构级联连接，所述第一随机数电信号产生模块和第二随机数电信号产生模块分别电连接到相位调制器和强度调制器的射频电极上。本发明通过采用一个光纤环形结构解决了强度调制器偏振敏感的问题，提高了高斯调制量子光信号产生的稳定度和精确度；同时，避免了双光路延时的高精确匹配，简化了高斯调制量子光信号的产生的难度和复杂度。

技术领域

本发明属于量子保密通信技术领域，具体涉及往返式连续变量量子密钥分发系统中的高斯调制量子光信号产生装置及方法。

背景技术

连续变量量子密钥分发(Continuous Variable Quantum Key Distribution,CVQKD)将量子信息编码在互不对易的光场正则分量上，并以高效的零/外差检测解码量子密钥信息，且大部分器件与经典相干光通信通用，无需借助单光子源和单光子探测器，因此CVQKD不仅具有高重复频率和高密钥速率的发展潜能，而且在成本和性能方面也具有一定优势，已发展成为量子保密通信领域主流的量子密钥分发技术。

当前CVQKD主要分为随路本振CVQKD和本地本振CVQKD，但随路本振CVQKD面临着随路本振光强度瓶颈的问题，严重影响CVQKD安全传输距离和密钥率，而本地本振CVQKD虽然避免了随路本振光强度瓶颈，但在零/ 外差检测时由于本振光波长漂移而受到相位过噪声的影响，降低了安全密钥率。为了克服上述问题，往返式CVQKD系统被提出用于解决本振光的强度瓶颈和波长漂移的问题，当前主流的往返式CVQKD系统的密钥制备方法分别为强度与相位级联调制和双相位并行调制。但强度与相位级联调制方法易受到强度调制器偏振敏感的影响，使得高斯调制量子光信号产生的准确度和稳定度不高 (M.Legre,H.Zbinden,N.Gisin,“Implementation of continuous variable quantum cryptography inoptical fibres using a go--return configuration,”Quantum Information andComputation,2012,6(4):326-335.)。同时，双相位平行调制方法由于采用了两路平行相位调制光的合路方案，因此需要对双光路的延时进行精确匹配才实现高精度的高斯调制信号产生，使得高斯调制量子光信号的产生困难和复杂(D.Huang,P.T.Huang,Wang,et al.“Continuous-variable quantum key distribution based on a plug-and-play dual-phase-modulated coherent-states protocol,”Physical Review A,2016,94(3):032305.)。因此，目前针对高速、长距离及高安全CVQKD系统中的高斯调制量子光信号的产生仍面临产生困难、精确性不高的问题。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供了一种往返式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，易受强度调制器偏振敏感的影响而导致精确性和稳定性差的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种往返式的高斯调制量子光信号产生装置，包括可调光衰减器、相位调制器、光纤环形结构、第一随机数电信号产生模块和第二随机数电信号产生模块，其中：所述光纤环形结构由偏振分束器、强度调制器和90°偏振旋转模块构成；所述可调光衰减器、相位调制器和光纤环形结构级联连接，所述第一随机数电信号产生模块和第二随机数电信号产生模块分别电连接到相位调制器和强度调制器的射频电极上。

本发明还提供了一种往返式的高斯调制量子光信号产生方法，包括如下步骤：

步骤一、搭建往返式的高斯调制量子光信号产生装置：