[发明专利]具有低损耗色散限制光纤的量子密钥分发系统

说明书

一种量子通信系统，包括量子密钥生成系统，该量子密钥生成系统具有光子量子位发生器、具有长度L的低损耗色散限制光纤(例如大于200km)和光子检测器单元，以及通信网络，该通信网络具有信号发生器、信号信道和信号接收器。低损耗色散限制光纤在光子量子位发生器和光子检测器单元之间延伸，并光学地耦合光子量子位发生器和光子检测器单元。此外，该低损耗色散限制光纤在结构上被配置为限制以约9ps/(nm)km或更小(并且优选地0.5ps/(nm)km或更小)的绝对色散率的色散，并且诱发以约0.175dB/km或更小的衰减率的衰减，使得由该光子量子位发生器输出的多个光子的量子密钥位信息能在光子检测器单元处以至少10Gbit/sec的比特率被接收。

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119要求于2018年11月27日提交的美国临时申请序列No.62/771,711的优先权，本申请基于该临时申请的内容并且该临时申请的内容通过引用整体并入本文。

背景技术

本公开涉及具有低损耗色散限制光纤的量子通信系统。更具体地，本公开涉及包括量子密钥生成系统的量子通信系统，该量子密钥生成系统具有使用低损耗色散限制光纤光学地耦合以用于提供增加的量子密钥比特率的部件。

发明内容

根据本公开的一些实施例，一种量子系统包括：

量子密钥系统，所述量子密钥系统包括光子量子位发生器、低损耗色散限制光纤和光子检测器单元；以及

信号接收器；其中：

所述低损耗色散限制光纤在所述光子量子位发生器和所述光子检测器单元之间延伸并且光学地耦合所述光子量子位发生器和所述光子检测器单元，所述低损耗色散限制光纤具有长度L(例如，L在100km与2000km之间，或在200km与1000km之间)；

所述光子量子位发生器在结构上被配置为输出多个光子，所述多个光子中的每个光子包括量子密钥位信息；

所述光子检测器单元在结构上被配置为接收所述多个光子的所述量子密钥位信息；

所述信号接收器通信地耦合到所述光子检测器单元，并且在结构上被配置为在接收到所述信号时将所述一个或多个信号位与所述量子密钥位信息进行比较；以及

低损耗色散限制光纤包括芯和围绕所述芯的包层，并且在结构上被配置为限制具有约1550nm的波长的光子脉冲以约9ps/(nm)km或更小的绝对色散率的色散，并且诱发包括约1550nm的所述波长的光子以约0.175dB/km或更小的衰减率的衰减，使得由所述光子量子位发生器输出的所述多个光子的所述量子密钥位信息能在所述光子检测器单元处以至少10Gbit/sec的比特率被接收。

根据本公开的一些实施例里，一种量子通信系统包括：量子密钥生成系统，该量子密钥生成系统具有光子量子位发生器、低损耗色散限制光纤、以及光子检测器单元、以及通信网络，该通信网络具有信号发生器、信号通道和信号接收器。低损耗色散限制光纤在光子量子位发生器和光子检测器单元之间延伸，并光学地耦合光子量子位发生器和光子检测器单元。所述光子量子位发生器在结构上被配置为输出多个光子，所述多个光子中的每个光子包括量子密钥位信息。光子检测器单元在结构上被配置为接收该多个光子的量子密钥位信息。所述信号通道在所述信号发生器和所述信号接收器之间延伸并通信地耦合所述信号发生器和所述信号接收器。所述信号发生器在结构上被配置为输出包括一个或多个信号位的信号。信号接收器通信地耦合到光子检测器单元，并且在结构上被配置为在接收到信号时将该一个或多个信号位与量子密钥位信息进行比较。此外，该低损耗色散限制光纤具有长度L200km，并且包括芯和围绕该芯的包层。低损耗色散限制光纤在结构上被配置为限制包括约1550nm的波长的光子以约9ps/(nm)km或更小的绝对色散率的色散，并且诱发具有约1550nm的所述波长的光子脉冲以约0.175dB/km或更小的衰减率的衰减，使得由所述光子量子位发生器输出的多个光子的量子密钥位信息能在所述光子检测器单元处以至少约10Gbit/sec的比特率被接收。根据一些实施例，量子密钥生成系统的速率的密钥速率至少为10kbit/sec。