[实用新型]一种稳定的双场量子密钥分发系统

说明书

本实用新型公开了一种双场量子密钥分发系统，其包括接收端以及第一和第二发送端。接收端包括用于保偏地将锁频参考光和相位参考光波分耦合形成参考合束光的第一波分复用器，以及将参考合束光分成两个分量的第一分束器。发送端包括偏振一致性耦合模块，其具有保偏的第二和第三波分复用器。第二波分复用器的公共端接收参考合束光分量，第一和第二波长端分别保偏连接信号光源和第三波分复用器的第二波长端。第三波分复用器的第一波长端保偏连接量子态制备模块，公共端连接接收端。因此，借助第一波分复用器和偏振一致性耦合模块的协同作用，无需EPC或人工干预，仅借助光学器件固有性质即可实现量子光信号和相位参考光的偏振一致性耦合。

技术领域

本实用新型涉及量子保密通信领域，尤其涉及一种稳定的双场量子密钥分发系统。

背景技术

理想BB84QKD协议的安全性基于一些基本假设，若现实设备不能够完美的满足这些假设就会产生安全漏洞。例如，理想的BB84QKD协议使用单光子源，利用单光子不可克隆原理保证通信安全，然而，真正的单光子源现实中还无法实现。2005年提出的诱骗态量子密钥分发(QKD)协议使用弱相干光源代替单光子源，可解决现实设备光源端不完美问题。探测系统是QKD实现中最脆弱的部分，众多攻击都是针对探测器端设备的安全漏洞实施的攻击，包括典型的强光致盲攻击、时移攻击等。为抵抗探测器端攻击，除了使用安全补丁方法、将设备参数模型化后包含在安全性证明中，还有一种方法是采用测量设备无关类QKD(MDI-QKD)。最早于2012年由H-KLo小组提出基于纠缠交换技术和时间反演EPR方案的测量设备无关量子密钥分发协议(原始MDI-QKD协议)，可消除所有的探测器端侧信道，进一步地在2018年，东芝欧洲研究中心A.J.Shields研究团队提出双场量子密钥分发协议(TF-QKD协议)，该协议继承了MDI-QKD的测量设备无关的安全性并具有更远的安全距离，引起了国内外广泛关注。

TF-QKD协议不同于原始的MDI-QKD协议，主要技术难点在于如何实现两个独立的激光源的高对比度干涉，同时，还需要对全局相位差进行快速监测，无相位后选择的QKD(NPP-QKD)还需要进一步进行快速相位反馈补偿。这里的全局相位差对应光程差的控制要求在亚波长量级，而相位差的贡献除了Alice、Bob的光源本身频率和波长差异导致的差异，还包括量子光传输信道中引入的相位扰动，该扰动在10rad/ms量级，变化非常剧烈，需要快速监测。

现有技术通常存在两类快速监测信道相位扰动的方法：一是对信号光进行快速的时分复用，将其中一部分光作为相位参考光，用于监测和估计光纤的相对相位快速漂移；二是采用不同波长的参考光进行波分复用，通过监测参考光的相位扰动来体现信号光的相位扰动，此时，可以通过提高参考光功率来支持更高的相位扰动监测的精度和远距离程度。

在现有采用波分复用技术快速监测信道相位扰动的方案中，在Charlie端将锁频光L1(波长λ1)和相位参考光L2(波长λ2)进行波分复用，以共用同一光纤信道发给Alice(通过分束器另一束发给Bob)。L1和L2在Alice(Bob)端解波分复用，并利用L1对Alice(Bob)本地的L1_A(L1_B)信号光进行锁频锁相，因此信号光L1_A(L1_B)将在相位上与L1形成关联。在发送端，再将L2和L1_A(L1_B)进行波分复用，以共用同一光纤发给Charlie端。Charlie端对信号光和参考光都进行干涉，干涉后通过解波分复用分出参考光的干涉信号给D2探测器，分出信号光的干涉信号给D0、D1探测器。