[实用新型]时间相位解码装置和包括其的量子密钥分发系统

说明书

本实用新型提出一种时间相位解码装置和包括其的量子密钥分发系统。该时间相位解码装置包括：分束器、分别经两个臂与分束器光耦合的两个反射装置、设置于分束器前端或设置于两个臂中至少之一上的相位调制器、单个单光子探测器。每个所述反射装置为偏振正交旋转反射装置，每个所述反射装置为四分之一波片反射镜，四分之一波片反射镜由四分之一波片与反射镜一体地形成。单光子探测器耦合至分束器的未耦合至所述两个臂的端口中的一个端口，用于在一个脉冲周期内对连续的第一时隙、第二时隙和第三时隙的信号进行探测。本实用新型的时间相位编码量子密钥分发解码方案能抗偏振诱导衰落，且有助于消除或降低多探测器产生的安全性问题。

技术领域

本实用新型涉及光传输保密通信技术领域，尤其涉及一种时间相位解码装置和量子密钥分发系统。

背景技术

量子保密通信技术是量子物理与信息科学相结合的前沿热点领域。基于量子密钥分发技术和一次一密密码原理，量子保密通信可在公开信道实现信息的安全传输。量子密钥分发基于量子力学海森堡不确定关系、量子不可克隆定理等物理原理，能够实现在用户之间安全地共享密钥，并可以检测到潜在的窃听行为，可应用于国防、政务、金融、电力等高安全信息传输需求的领域。

地面量子密钥分发主要基于光纤信道传输，因为相位编码采用前后光脉冲的相位差来编码信息，在长距离光纤信道传输过程中能够稳定保持，所以采用不等臂干涉仪进行相位编码或包含一组相位编码的时间相位编码方案是量子密钥分发应用的主要编码方案。然而，光纤制作存在截面非圆对称、纤芯折射率沿径向不均匀分布等非理想情况，并且光纤在实际环境中受温度、应变、弯曲等影响，会产生随机双折射效应。因此，光脉冲经长距离光纤传输以及经不等臂干涉仪两臂光纤传输后，通过不等臂干涉仪进行相位解码干涉时存在偏振诱导衰落的问题，导致解码干涉不稳定，造成误码率升高。若使用纠偏设备，会增加系统复杂度和成本，且对于架空光缆、路桥光缆等强干扰情况难以实现稳定应用。此外，时间相位编码量子密钥分发系统的解码通常包含时间基解码光路和相位基解码光路以分别对时间基和相位基进行选基解码探测，这需要四个探测器，系统成本高，且由于四个探测器性能存在不一致从而存在潜在的攻击漏洞。

对于时间相位编码方案，如何稳定高效地进行干涉解码是基于现有光缆基础设施进行量子保密通信应用的热点和难题。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提出一种时间相位解码装置和基于该解码装置的量子密钥分发系统，以解决时间相位编码量子密钥分发应用中偏振诱导衰落引起的相位解码干涉不稳定的难题。并且，本实用新型使得可以使用减少数量的探测器，由此消除或降低多探测器产生的安全性问题，并可观地降低制造成本和系统复杂度。

本实用新型提供至少以下技术方案：

1.一种时间相位解码装置，包括：分束器、分别经两个臂与所述分束器光耦合的两个反射装置、设置于所述分束器前端或设置于所述两个臂中至少之一上的相位调制器、单个单光子探测器，其中，

每个所述反射装置为偏振正交旋转反射装置，所述两个反射装置中之一或每个所述反射装置为四分之一波片反射镜，所述四分之一波片反射镜由四分之一波片与反射镜一体地形成；

所述单光子探测器耦合至所述分束器的未耦合至所述两个臂的端口中的一个端口，用于在一个脉冲周期内对连续的第一时隙、第二时隙和第三时隙的信号进行探测，其中所述一个脉冲周期包括所述第一时隙、第二时隙和第三时隙。

2.根据方案1所述的时间相位解码装置，其中，所述相位调制器随机调制0度或180度相位。

3.根据方案1所述的时间相位解码装置，其中，所述一个端口是非输入端口。