[实用新型]一种量子密钥发射机及量子密钥分发系统

说明书

本申请提供一种量子密钥发射机及量子密钥分发系统，其中量子密钥发射机的量子比特编码模块包括不等臂干涉仪、设置于不等臂干涉仪的第一臂上的第一强度调制器以及设置于不等臂干涉仪的第二臂上的第二强度调制器，第一强度调制器用于将第一臂上的相干脉冲调制为所需强度，第二强度调制器用于将第二臂上的相干脉冲制为所需强度。因此，不等臂干涉仪的两臂上的光脉冲频率与光源模块产生的光脉冲频率相同，强度调制器的工作频率与光源模块产生的光脉冲频率一致即可完成工作任务，因而本申请的强度调制器的工作频率只需现有技术中的强度调制器的工作频率的一半，从而强度调制器的控制电路开发难度低，QKD设备实现容易度高。

技术领域

本申请涉及量子保密通信技术领域，具体涉及一种量子密钥发射机及量子密钥分发系统。

背景技术

量子保密通信是近年来发展起来的新型通信技术，是量子理论和信息论相结合产生的新学科，它利用量子物理的基本特性来实现通信的无条件安全。其中，量子密钥分发(QKD)作为量子通信技术中最早实现商用化的分支十余年来已经引起广泛关注，并获得了快速发展。

QKD是利用物质(如光子)的量子特性来设计加解密方案，其安全性是基于量子力学的基本原理而不是数学计算的复杂性。QKD利用海森堡不确定性原理和未知量子态不可克隆原理来发现窃听的存在，理论上确保了信息的无条件安全性。在实际应用中，QKD利用这一原理，可使事先没有共享秘密信息的双建立通信密钥，再采用香农已证明的“一次一密”密码通信，即可保证双方的通信安全。

目前，最常用的QKD协议是BB84协议(Bennett和Brassard，1984)，这是由于该协议已被证明可以抵御最普通的攻击集合的事实。BB84结合诱骗态方案能很好地解决非理想单光子源安全隐患，是目前应用最广泛和实用化程度最高的方案。

然而BB84协议中却需要4种编码状态，因此提出了BB84协议的更简单版本，即所谓的“三态协议”。Fung等人三态协议这个协议可以抵御一般的攻击，Tamaki等人证明了三态协议是具有丢失容忍性的，这意味着即使在光源不完善的情况下三态协议也可以在长距离上进行通信，除此之外理论也证明了三态协议的性能与BB84协议的性能完全相同，这意味着BB84协议中的第四种状态是多余的。因此，基于三态协议的QKD大大降低了量子保密通信实现的难度。

目前基于三态协议的QKD的发射机如图1所示，包括依次相连接的光源、马赫曾德尔(MZ)不等臂干涉仪以及强度调制器(IM)，光源发射的每光脉冲经过MZ不等臂干涉仪后分成包括前后两个光脉冲的脉冲对，该光脉冲对进入强度调制器随机消除前一个脉冲和/或者后一个脉冲，或者不进行消光处理，从而进行时间比特、相位比特以及真空态的编码，如图2所示的示意图。

但是，现有技术中的设备在实现时间量子比特以及相位量子比特编码时，由于光源发射的每光脉冲经过MZ不等臂干涉仪后分成包括前后两个光脉冲，因此强度调制器的主频至少是光源主频的2倍，从而增加强度调制器的控制电路开发难度，导致QKD设备实现难度大幅度提高。

发明内容

本申请提供一种量子密钥发射机及量子密钥分发系统，以解决现有的方案强度调制器的控制电路开发难度高而导致的QKD设备实现难度高的问题。

本申请的第一方面提供一种量子密钥发射机，包括光源模块以及量子比特编码模块：

所述光源模块，用于产生光脉冲；

所述量子比特编码模块包括不等臂干涉仪、设置于不等臂干涉仪的第一臂上的第一强度调制器以及设置于不等臂干涉仪的第二臂上的第二强度调制器；

所述不等臂干涉仪的输入端将通过的所述光源模块产生的每个光脉冲均分成两个相干脉冲的脉冲对，该脉冲对的一个相干脉冲经过不等臂干涉仪的第一臂，另一个相干脉冲经过不等臂干涉仪的第二臂；