[发明专利]量子密钥分发系统发送端量子态制备方法及芯片结构

说明书

本发明属于量子通信领域，具体涉及量子密钥分发系统发送端量子态制备方法及芯片结构，包括：对一束具有特定波导模式的信号光分两部分分别进行第一强度调制，对应得到诱骗态的光和信号态的光，对该两种光进行合束；对合束后的光均分两路分别进行第二强度调制，得到具有相位差的两路光；根据相位差大小，对该两路光进行波导模式转换，用波导模式编码出光子的量子态，得到波导模式编码量子态的光；第二强度调制通过调制不同的分光比，能得到多种不同的光强度状态，每次调制出其中一种，对应产生一种波导模式编码量子态的光；不同的相位差的大小对应采用不同的波导模式转换方式，得到不同的波导模式编码量子态。本发明丰富了量子密钥分发编码的形式。

技术领域

本发明属于量子通信领域，更具体地，涉及量子密钥分发系统发送端量子态制备方法及芯片结构。

背景技术

量子密钥分发是量子通信领域中一种最重要的应用形式，它能够使两个合法的通信者在存在窃听的条件下安全地协商密钥以保证通信的安全。

在量子密钥分发过程中利用光子携带的量子态信息来编码，量子态的制备手段也有较为丰富的种类，其中尤以利用光子的相位或偏振编码最为常见。偏振编码方式在诸多量子密钥分发协议中广泛使用，然而其难以保证长距离传输之后偏振编码的保真度，而相位编码方式虽然在长距离传输中，对环境的抗性有优势，但是由于其釆用干涉解码的方式，使得光信号存在3dB的损耗，这些问题都阻碍了量子密钥分发实用化进程的推进。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种量子密钥分发系统发送端量子态制备方法及芯片结构，其目的在于提出一种新的量子态编码方式，丰富量子密钥分发编码的形式，推进量子密钥分发实用化进程。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种量子密钥分发系统发送端量子态制备方法，包括：

对一束具有特定波导模式的信号光分两部分分别进行第一强度调制，对应得到诱骗态的光和信号态的光，并对该两种光进行合束；对所述合束后的光均分两路分别进行第二强度调制，得到具有相位差的两路光；

根据所述相位差的大小，对所述具有相位差的两路光整体进行对应的波导模式转换，用波导模式编码出光子的量子态，得到波导模式编码量子态的光，用于耦合进入光纤进行传输；

其中，所述第二强度调制通过调制不同的分光比，能得到多种不同的光强度状态，每次调制出其中一种，对应得到具有一种相位差的两路光，该两路光经过波导模式转换后，对应产生一种波导模式编码量子态的光；不同的相位差的大小对应采用不同的波导模式转换方式，得到不同的波导模式编码量子态。

进一步，还包括：将经过波导模式转换后的光衰减到单光子级别并输入光纤进行传输。

进一步，所述第二强度调制能得到三种不同的光强度状态，所述三种不同的光强度状态包括光强度的最大值、最小值和中间值，对应两路光的相位差为0、π和π/2。

进一步，在执行所述第一强度调制之前，还对所述一束具有特定波导模式的信号光分两部分分别对应进行延时和相位调制，得到具有一定时间间隔并包含相位差的两个时间仓；分别对该两个时间仓依次执行所述第一强度调制及其后续处理，得到高维波导模式编码量子态的光。

本发明还提供一种量子密钥分发系统发送端芯片结构，包括：第一强度调制模块，第二强度调制模块，以及模式转换模块；其中，

所述第一强度调制模块用于对一束具有特定波导模式的信号光分两部分分别进行第一强度调制，对应得到诱骗态的光和信号态的光，并对该两种光进行合束；所述第二强度调制模块用于对所述合束后的光均分两路分别进行第二强度调制，得到具有相位差的两路光；所述模式转换模块用于根据所述相位差的大小，对所述具有相位差的两路光整体进行对应的波导模式转换，用波导模式编码出光子的量子态，得到波导模式编码量子态的光，用于耦合进入光纤进行传输；