[发明专利]一种时间-相位量子密钥编码装置、系统及方法

说明书

本发明公开了一种时间‑相位量子密钥编码装置、系统及方法。本发明时间‑相位量子密钥编码装置包括种子激光器，其发出种子光脉冲；第一编码激光器、第二编码激光器、第三编码激光器分别接受经分束后的种子光脉冲，采用注入锁定技术，发出与种子光脉冲具有相同中心波长的脉冲光信号；不等臂干涉仪，接收脉冲光信号形成编码信号并输出；光学调制单元，可制备诱骗态量子密钥编码。本发明安全性高，成码实现技术容易，编码速度高，成码率高误码率低，应用成本低。

技术领域

本发明涉及量子通信技术领域，特别地涉及一种时间-相位量子密钥编码装置、系统及方法。

背景技术

保密技术是通信技术的核心之一。目前最常用的RSA加密算法在理论上并不是绝对安全的。量子保密通信作为在量子力学、现代通信以及现代密码学等基础上发展出来的新兴技术，基于量子力学的基本原理，利用“一次一密”的方式对信息进行加密，具有不可破译的特性，拥有无可比拟的安全优势。

BB84协议是量子保密通信领域最为基础的量子密钥分发协议。BB84协议是利用单光子四个偏振态进行编码，这四个偏振态分属两组共轭基，同组基内两个偏振态相互正交，不同组基内的偏振态非正交。BB84协议利用了正交量子态可严格区分以及无法对共轭基偏振态进行精确测量的特性，实现了安全的密钥分发。

随着量子密钥分发的理论和技术的不断发展，BB84协议存在的缺陷也暴露出来。现有技术条件下，目前尚无技术成熟、可以大规模商业化应用的BB84协议所要求的单光子光源，通常采用的是弱相干光源，但是采用该光源的量子密钥分发系统会受到光子数分离攻击，从而使得系统安全性降低。此外，BB84协议采用的是偏振态进行编码，容易受到光纤偏振扰动的影响，导致传输距离短、误码率高等问题。

针对BB84协议存在的问题，发展出了诱骗态BB84协议，并在诱骗态BB84协议基础上发展出了时间相位编码方式。时间相位编码采用时间基矢以及相位基矢进行编码，可以做到完全的偏振无关性，而且能大大降低接收端插损，从而提高系统的成码率、成码距离，以及实现抗外界环境扰动的稳定性，同时还能够适应长距离架空光缆环境。

现有技术中采用多激光器实现的时间-相位量子密钥编码装置，存在成码实现技术复杂、误码率高、实现成本高等亟需解决的技术问题。

因此，亟需一种成码技术易于实现、成码率高、成本低的时间-相位量子密钥编码装置、系统及方法。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明提出一种时间-相位量子密钥编码装置，包括：种子激光器，其经配置发出种子光脉冲；光纤分束器，其经配置可以接收所述种子光脉冲并分束后，分别经第一光学传输单元、第二光学传输单元、第三光学传输单元，分别传输至第一编码激光器、第二编码激光器、第三编码激光器；所述第一编码激光器、第二编码激光器、第三编码激光器，其经配置可以发出中心波长与种子光脉冲中心波长相同的脉冲光信号；不等臂干涉仪，包括第一光程L1、第二光程L2，光程差ΔL=L1－L2，所述不等臂干涉仪经配置接收脉冲光信号形成编码信号并输出；所述不等臂干涉仪经设计，符合公式ΔL/cT=d，其中c为光速，T为所述种子光脉冲周期即系统周期，d的取值范围为（1/5~4/5）D，进一步为D/2，其中D为所述种子光脉冲的占空比；所述第一编码激光器，其经配置发出的脉冲光信号经不等臂干涉仪形成相位差为π的相位编码；所述第二编码激光器，其经配置发出的脉冲光信号经不等臂干涉仪形成相位差为0的相位编码；所述第三编码激光器，其经配置发出脉冲光信号形成Z基矢时间编码。

如上所述的时间-相位量子密钥编码装置，进一步包括：所述种子光脉冲周期为T；频率为100MHz~2.5GHz；占空比D为1/5~4/5，进一步为1/2。

如上所述的时间-相位量子密钥编码装置，进一步包括：系统周期为T；系统主频为100MHz~2.5GHz。