[发明专利]用于量子密钥分发的解码芯片及解码方法

说明书

一种用于量子密钥分发的解码芯片，包括：输入波导，用于接收传输待解码的光信号；定向耦合器，包括第一定向耦合器、第二定向耦合器以及第三定向耦合器，所述第一定向耦合器用于将输入光分成两束光，第二定向耦合器及第三定向耦合器用于实现光量子干涉；相位调制器，包括第一相位调制器以及第二相位调制器，用于对光信号相位进行调制；延时线结构，用于使光信号产生延时，同时抑制温度对误码率的影响；输出波导，用于输出解调后的光信号。本发明的解码芯片可实现分束比可调，使双时间隙脉冲光功率平衡，因而优化干涉可见度，减小误码率。本发明的解码芯片的干涉可见度相对于温度变化不敏感，即由光器件引起的误码率相对于温度变化不敏感。

技术领域

本发明涉及量子通信技术领域，尤其涉及一种用于量子密钥分发的解码芯片及解码方法。

背景技术

量子密钥分发(QKD)是一门基于量子物理与通信原理以实现无条件安全保密通信的技术。近年来，QKD发展迅速，已逐步进入商业化。目前商业化量子密钥系统采用相位基、时间基量子态编码，通过强衰减相干态结合诱骗态制备实现量子通信安全性。但由于其由分离体器件或部分光纤器件搭建而成，因此其具有器件分立、集成度低、体积大、长程稳定性差、相位等量子态漂移现象严重等缺点。集成光子具有稳定性好、可重构性以及可拓展性等特点，有望逐步替代密钥系统中的体光学器件，实现系统集成化。但目前的QKD芯片误码率受温度影响严重，因而操作时对芯片温度要求严苛。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种用于量子密钥分发的解码芯片及解码方法，以期部分地解决上述技术问题中的至少之一。

为了实现上述目的，作为本发明的一方面，提供了一种用于量子密钥分发的解码芯片，包括：

输入波导，用于接收传输待解码的光信号；

定向耦合器，包括第一定向耦合器、第二定向耦合器以及第三定向耦合器，所述第一定向耦合器用于将输入光分成两束光，第二定向耦合器及第三定向耦合器用于实现光量子干涉；

相位调制器，包括第一相位调制器以及第二相位调制器，用于对光信号相位进行调制；

延时线结构，用于使光信号产生延时，同时抑制温度对误码率的影响；

输出波导，用于输出解调后的光信号；

其中，所述输入波导与第一定向耦合器的输入端连接，第一定向耦合器的两输出端分别连接两个第一相位调制器，随后连接第二定向耦合器的输入端；第二定向耦合器的两个输出端分别与延时线结构的两输入端连接；延时线结构的两个输出端分别与两个第二相位调制器连接，随后连接第三定向耦合器；第三定向耦合器的两个输出端分别连接输出波导。

其中，所述第一定向耦合器、第一相位调制器以及第二定向耦合器组成的结构用于实现调节时间隙脉冲光功率比值的功能。

其中，所述第二定向耦合器、延时线结构、第二相位调制器以及第三定向耦合器组成的结构用于实现时间基量子态的分辨，以及相位基量子态解基相位的设置。

其中，所述延时线结构包括两臂，每一臂均包括若干弯曲波导、直波导以及隔离槽，其中，弯曲波导为半径为R的四分之一圆，R不小于最小通光半径；直波导通过优化设计使TE与TM基模有效折射率之差接近零，每一个直波导的两侧分别设置一个隔离槽。

其中，所述两臂的臂长差等于两臂中各自直波导总长度之差，两臂中弯曲波导的总数量相同，两臂中各自弯曲波导总长度相同。

其中，所述定向耦合器为3db定向耦合器。

其中，所述解码芯片的材料为硅、氮氧化硅或二氧化硅。

其中，在所述解码芯片材料为二氧化硅或者氮氧化硅的情况下，相位调制器为热光相位调制器；

在所述解码芯片材料为硅的情况下，相位调制器为热光相位调制器或者电光相位调制器。