[发明专利]一种相位编码量子密钥分发系统

说明书

本发明公开一种相位编码量子密钥分发系统，单光子源产生单光子脉冲。第一光耦合器将单光子源产生的单光子脉冲分束为两路子光脉冲。多芯光纤接收第一光耦合器输出的两路子光脉冲，并送至第二光耦合器。第二光耦合器对两路子光脉冲合束后送至单光子探测器。第一相位调制器和第二相位调制器分别用于量子密钥分发系统编码和解码相位调制。第一相位调制器和第二相位调制器设置在第一光耦合器与第二光耦合器之间的不同光路上或相同光路上。通过使用多芯光纤来保证环境干扰对光纤长度变化的一致性，从而可以在长距离传输时实现相位编码等臂干涉仪方案，能够支持实际环境干扰下的高效量子密钥分发，避免了不等臂干涉仪相位编码效率低的问题。

技术领域

本发明涉及光传输保密通信技术领域，具体涉及一种相位编码量子密钥分发系统。

背景技术

量子密钥分发是量子物理与信息科学相结合的交叉热点领域，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，可以检测到潜在的窃听行为，能够基于公开信道实现通信双方加密密钥的安全共享，可广泛应用于国防、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，因相位编码对光纤信道双折射不敏感，故在光纤量子密钥分发中得到了广泛应用。目前相位编码主要采用不等臂干涉仪方案，这种方案在解码干涉时存在三个峰，只有中间的干涉峰对成钥有贡献，导致效率低。

发明内容

本发明所要解决的是以不等臂干涉仪相位编码量子密钥分发效率低的问题，提供一种相位编码量子密钥分发系统，其通过基于多芯光纤实现等臂干涉仪实现相位编码量子密钥分发。

为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种相位编码量子密钥分发系统，包括：单光子源、第一光耦合器、第一相位调制器、多芯光纤、第二光耦合器、第二相位调制器、以及一个或两个单光子探测器；单光子源用于产生单光子脉冲；第一光耦合器包含至少一个输入端口和两个输出端口，用于接收单光子源产生的单光子脉冲，并将单光子源产生的单光子脉冲分束为两路子光脉冲，分别由第一光耦合器的两个输出端口输出；多芯光纤为量子信道，用于传输第一光耦合器两个输出端口输出的两路子光脉冲；多芯光纤的纤芯数不少于两个，其中一个纤芯与第一光耦合器两个输出端口中的一个端口连接，用于传输两路子光脉冲中的一路子光脉冲，另一个纤芯与第一光耦合器两个输出端口中的另一个端口连接，用于传输两路子光脉冲中的另一路子光脉冲；第二光耦合器包含两个输入端口和至少一个输出端口，第二光耦合器的两个输入端口中的一个输入端口与多芯光纤中传输一路子光脉冲的一个纤芯连接，用于接收一路子光脉冲；第二光耦合器的两个输入端口中的另一个输入端口与多芯光纤中传输另一路子光脉冲的另一个纤芯连接，用于接收另一路子光脉冲；一路子光脉冲和另一路子光脉冲经第二光耦合器合束后由第二光耦合器的一个或两个输出端口输出；单光子探测器用于对第二光耦合器的输出端口输出的单光子脉冲进行探测；第一相位调制器设置于第一光耦合器的一个输出端口与多芯光纤中一个纤芯相连接的光路上，或设置于第一光耦合器的另一个输出端口与多芯光纤中另一个纤芯相连接的光路上；第一相位调制器用于量子密钥分发系统编码相位调制；第二相位调制器设置于第二光耦合器的一个输入端口与多芯光纤中一个纤芯相连接的光路上，或设置于第二光耦合器的另一个输入端口与多芯光纤中另一个纤芯相连接的光路上；第二相位调制器用于量子密钥分发系统解码相位调制。

当单光子探测器为一个时，第一相位调制器随机调制0度、90第、180度或270度四种相位；第二相位调制器随机调制0度、90第、180度或270度四种相位。

当单光子探测器为两个时，第一相位调制器随机调制0度、90第、180度或270度四种相位；第二相位调制器随机调制0度或90度两种相位。

上述方案中，单光子源为弱相干光源，并由脉冲激光器和光衰减器构成；脉冲激光器产生脉冲光，衰减器将光脉冲衰减为单光子脉冲。