[发明专利]一种离散变量量子密钥分发的可重构型接收端光路结构

说明书

一种离散变量量子密钥分发的可重构型接收端光路结构，涉及量子密钥分发领域，包括偏振分束器、90度偏振旋转器、两个50:50的1×2耦合器、一个2×2光开关、以及两条相同的第一光路，每条第一光路中均包括一段调节光路；基于共享的有源光学元件，通过光开关的切换实现光路的可重构配置，实现了偏振态编码和时间‑相位编码这两种物理自由度的DV‑QKD的接收，满足两种物理自由度切换的需求。

技术领域

本发明涉及量子密钥分发领域，具体涉及一种离散变量量子密钥分发的可重构型接收端光路结构。

背景技术

量子密钥分发(Quantum Key Distribution，QKD)，是一种利用量子物理原理，在通信双方之间的信道里传输和建立保密的对称随机数的技术。该技术可以和现有的对称式密钥加密设备结合，实现量子保密通信。其中众多QKD方案当中，以BB84协议为代表的离散变量量子密钥分发(Discrete Variable-Quantum Key Distribution，DV-QKD)技术使用最为广泛。

一般的单个物理载体的二元量子态，由图1所示的Bloch球的球面上的矢量来表示。BB84协议需要QKD发射端，可以准确的产生对应Bloch球面分别和Z轴、X轴、Y轴相交的共6个相交点的量子态。其中Z轴和球面相交的两个点，映射在实际的物理系统里，对应了某个物理自由度上的两个互相正交的状态，例如偏振状态里的TE(Transverse electric)模式和TM(Transverse magnetic)模式；或者光脉冲的两个不重叠的时间位置(Time-Bin)模式，对应的DV-QKD实现方式则分别称为偏振态编码和时间-相位编码。

在已经发表的业内论文里，通过硅光子集成光学芯片，可以实现偏振态编码DV-QKD的接收光路和时间-相位编码DV-QKD的接收光路。但是，偏振态编码DV-QKD的接收光路和时间-相位编码DV-QKD的接收光路采用的光路结构并不相同，针对每一种接收光路都需要对应的光路结构芯片。

发明内容

针对现有技术中存在的成本问题，本发明的目的在于提供一种离散变量量子密钥分发的可重构型接收端光路结构，采用同一个光路结构，实现偏振态编码和时间-相位编码两种不同的接收模式。

为达到以上目的，一方面，采取一种离散变量量子密钥分发的接收端光路结构，包括偏振分束器、90度偏振旋转器、两个50:50的1×2耦合器、一个2×2光开关、以及两条相同的第一光路，每条第一光路中均包括一段调节光路；

偏振分束器的一个输出连接一个1×2耦合器，另一个输出通过一个90度偏振旋转器连接另一个1×2耦合器；

每个1×2耦合器的一个输出连接一条第一光路，每个1×2耦合器的另一个输出连接2×2光开关的一个输入，2×2光开关的两个输出各连接一条第一光路；

每段调节光路均包括1×2光开关和2×1光开关，1×2光开关一个输出通过延时波导连接2×1光开关的一个输入，1×2光开关另一个输出连接2×1光开关的另一个输入；

每个第一光路包括两个50:50的2×2耦合器，第一个2×2耦合器的两个输出，一个连接调节光路，一个连接第二个2×2耦合器，调节光路中2×1光开关的输出连接第二个2×2耦合器；

所述连接均为波导连接。

在一些实施例中，所述1×2耦合器和2×2耦合器之间、2×2光开关和2×2耦合器之间、每段调节光路的1×2光开关和2×1光开关之间、以及每个第一光路中第一个2×2耦合器与第二个2×2耦合器直连之间，均设置有相移器。

在一些实施例中，所述每个第一光路中第一个2×2耦合器与第二个2×2耦合器直连之间还设有可调衰减器。

在一些实施例中，所述偏振分束器的输入还连接一个输入光口。