申请/专利权人：浙江九州量子信息技术股份有限公司

申请日：2018-04-02

公开（公告）日：2024-06-21

公开（公告）号：CN110351071B

主分类号：H04L9/08

分类号：H04L9/08;H04B10/70

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.21#授权;2021.04.23#实质审查的生效;2019.10.18#公开

摘要：一种发射端无需干涉环的量子密钥分发系统，信号激光器依次连接强度调制器、相位调制器、消偏器及第一可调衰减器，所述同步激光器连接第二可调衰减器，所述发射端波分复用器的输入端分别连接第一可调衰减器与第二可调衰减器，所述信号激光器、同步激光器、强度调制器、相位调制器、第一可调衰减器、第二可调衰减器均连接发射端驱动板。与现有技术相比，本发明的发射端无需干涉环的量子密钥分发系统，发射端无需干涉环，且将相位调制器放置在干涉环外，降低了发射端的复杂度，还可减小干涉环体积。适用于多用户组网中。另外，系统使用消偏技术，可省去了纠偏系统带来的整体系统复杂性，具有较高的使用价值。

主权项：1.一种发射端无需干涉环的量子密钥分发方法，其特征在于，包括以下步骤：1激光器触发：发射端利用同一个时钟信号分别触发信号激光器和同步激光器发射出信号光与同步光，其中信号光作为调制光，同步光作为同步信号传输到接收端由同步探测器响应进行时钟同步；2诱骗态调制：信号激光器发射的信号光通过强度调制器进行随机强度调制，成为信号态、诱骗态或者真空态；3发射端产生前后脉冲：经过发射端驱动板控制，信号激光器产生重复频率为f的脉冲，将每两个脉冲看作一个整体，二者依次前后经过相位调制器，通过发射端驱动板控制对相位调制器加载电压的时间，只对后一个脉冲随机调制相位{0，π2，π，3π2}；4消偏器消偏：两路脉冲分别经过消偏器之后，偏振状态随机变化，偏振度为0；5电控可调衰减器对信号光进行衰减：信号光经过第一可调衰减器将光脉冲衰减至单光子量级，同步光经过第二可调衰减器将同步光调节至接收端可响应的强度范围；6信号光与同步光通过量子信道传输：将波长不同的信号光和同步光在发射端经过发射端波分复用器合入一根信道传输，并在接收端通过接收端波分复用器重新分解；7偏振分束器分束：将不同偏振的光经过偏振分束器分解为水平偏振方向和垂直偏振方向；8接收端干涉：发射端发出的两个脉冲时间间隔为1f，相应地接收端干涉环的臂长差需要与两个脉冲时间间隔匹配，在干涉环之前加上相位调制器，通过精确控制加载到相位调制器电压的时间来只对前一个脉冲调相{0，π2}，随后两个脉冲在进入干涉环之后走过路径相等的两个脉冲在第二保偏分束器或第四保偏分束器处干涉；9单光子探测器探测：单光子探测器探测出光信号，用于后续处理产生安全密钥。

全文数据：一种发射端无需干涉环的量子密钥分发系统及方法技术领域本发明涉及光传输安全通信技术领域，特别涉及一种发射端无需干涉环的量子密钥分发系统及方法。背景技术随着互联网的大范围普及，人类之间的信息传递达到了前所未有的数量和频率，各种隐私信息越来越多地暴露在互联网上，因此，人类对保密通信的需求也到了前所未有的高度。现在的互联网信息安全的加密方式称为“公开密钥”密码体系，其原理是通过加密算法，生成网络上传播的公开密钥，以及留在计算机内部的私人密钥，两个密钥必须配合使用才能实现完整的加密和解密过程。现代互联网使用的加密标准是20世纪70年代诞生的RSA算法，即利用大数的质因子分解难以计算来保证密钥的安全性。量子密钥分配是1984年物理学家Bennett和密码学家Brassard提出了基于量子力学测量原理的BB84协议，量子密钥分配可以从根本上保证了密钥的安全性。现有技术中量子密钥生成系统中，所采用的干涉环结构较为复杂，且干涉环体积较大，在实际应用中，不能大批量生产，制作成本较为昂贵。发明内容本发明目的在于提供一种基于波导的量子密钥分发系统及方法，以解决现有技术中干涉环结构较为复杂，且干涉环体积较大，在实际应用中，不能大批量生产，制作成本较为昂贵的技术性缺陷。本发明的技术方案是这样实现的：一种发射端无需干涉环的量子密钥分发系统，包括发射端与接收端，所述发射端与接收端通过量子信道连接，所述发射端包括发射端驱动板、信号激光器、同步激光器、强度调制器、相位调制器、消偏器、第一可调衰减器、第二可调衰减器以及发射端波分复用器，所述信号激光器依次连接强度调制器、相位调制器、消偏器及第一可调衰减器，所述同步激光器连接第二可调衰减器，所述发射端波分复用器的输入端分别连接第一可调衰减器与第二可调衰减器，所述信号激光器、同步激光器、强度调制器、相位调制器、第一可调衰减器、第二可调衰减器均连接发射端驱动板；所述接收端包括接收端驱动板、接收端波分复用器、同步探测器、偏振分束器、第一保偏分束器、第二保偏分束器以及单光子探测器，所述接收端波分复用器通过量子信道连接发射端波分复用器，所述接收端波分复用器的另一端分别连接同步探测器与偏振分束器，所述偏振分束器依次连接第一保偏分束器与第二保偏分束器，所述第一保偏分束器分别通过长臂保偏光纤以及短臂保偏光纤与第二保偏分束器连接，所述长臂保偏光纤中连接有相位调节器，所述第二保偏分束器的另一端连接两路单光子探测器，所述接收端驱动板分别连接同步探测器、相位调节器以及单光子探测器。优选地，所述量子信道为单模光纤。优选地，所述发射端还包括有第三衰减器，所述第三衰减器设置在消偏器以及第一可调衰减器之间。优选地，所述接收端还包括第三保偏分束器以及第四保偏分束器，所述偏振分束器依次连接第三保偏分束器以及第四保偏分束器，所述第三保偏分束器分别通过长臂保偏光纤以及短臂保偏光纤与第四保偏分束器连接，所述长臂保偏光纤中连接有相位调节器，所述第四保偏分束器的另一端连接有两路单光子探测器。一种发射端无需干涉环的量子密钥分发方法，包括以下步骤：1激光器触发：发射端利用同一个时钟信号分别触发信号激光器和同步激光器发射出信号光与同步光，其中信号光作为调制光，同步光作为同步信号传输到接收端由同步探测器响应进行时钟同步；2诱骗态调制：信号激光器发射的信号光通过强度调制器进行随机强度调制，成为信号态、诱骗态或者真空态；3发射端产生前后脉冲：经过发射端驱动板控制，信号激光器产生重复频率为f的脉冲，将每两个脉冲看作一个整体，二者依次前后经过相位调制器，通过发射端驱动板控制对相位调制器加载电压的时间，只对后一个脉冲随机调制相位{0，π2，π，3π2}；4消偏器消偏：两路脉冲分别经过消偏器之后，偏振状态随机变化，偏振度为0；5电控可调衰减器对信号光进行衰减：信号光经过第一可调衰减器将光脉冲衰减至单光子量级，同步光经过第二可调衰减器将同步光调节至接收端可响应的强度范围；6信号光与同步光通过量子信道传输：将波长不同的信号光和同步光在发射端经过发射端波分复用器合入一根信道传输，并在接收端通过接收端波分复用器重新分解；7偏振分束器分束：将不同偏振的光经过偏振分束器分解为水平偏振方向和垂直偏振方向；8接收端干涉：发射端发出的两个脉冲时间间隔为1f，相应地接收端干涉环的臂长差需要与两个脉冲时间间隔匹配，在干涉环之前加上相位调制器，通过精确控制加载到相位调制器电压的时间来只对前一个脉冲调相{0，π2}，随后两个脉冲在进入干涉环之后走过路径相等的两个脉冲在第二保偏分束器或第四保偏分束器处干涉；9单光子探测器探测：单光子探测器探测出光信号，用于后续处理产生安全密钥。与现有技术相比，本发明有以下有益效果：本发明的发射端无需干涉环的量子密钥分发系统，发射端无需干涉环，且将相位调制器放置在干涉环外，降低了发射端的复杂度，还可减小干涉环体积。适用于多用户组网中。另外，系统使用消偏技术，可省去了纠偏系统带来的整体系统复杂性，具有较高的使用价值。附图说明图1为本发明发射端无需干涉环的量子密钥分发系统的原理框图；图2为本发明发射端无需干涉环的量子密钥分发系统的流程图。图中：发射端100、发射端驱动板101、信号激光器102、同步激光器103、强度调制器104、相位调制器105、消偏器106、第一可调衰减器107、第二可调衰减器108、发射端波分复用器109、第三衰减器110、接收端200、接收端驱动板201、接收端波分复用器202、同步探测器203、偏振分束器204、第一保偏分束器205、第二保偏分束器206、单光子探测器207、第三保偏分束器208、第四保偏分束器209、量子信道300。具体实施方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明进行清楚、完整地描述。如图1所示，一种发射端无需干涉环的量子密钥分发系统，包括发射端100与接收端200，所述发射端100与接收端200通过量子信道300连接，所述发射端100包括发射端驱动板101、信号激光器102、同步激光器103、强度调制器104、相位调制器105、消偏器106、第一可调衰减器107、第二可调衰减器108以及发射端波分复用器109，所述信号激光器102依次连接强度调制器104、相位调制器105、消偏器106及第一可调衰减器107，所述同步激光器103连接第二可调衰减器108，所述发射端波分复用器109的输入端分别连接第一可调衰减器107与第二可调衰减器108，所述信号激光器102、同步激光器103、强度调制器104、相位调制器105、第一可调衰减器107、第二可调衰减器108均连接发射端驱动板101；所述接收端200包括接收端驱动板201、接收端波分复用器202、同步探测器203、偏振分束器204、第一保偏分束器205、第二保偏分束器206以及单光子探测器207，所述接收端波分复用器202通过量子信道300连接发射端波分复用器109，所述接收端波分复用器202的另一端分别连接同步探测器203与偏振分束器204，所述偏振分束器204依次连接第一保偏分束器205与第二保偏分束器206，所述第一保偏分束器205分别通过长臂保偏光纤以及短臂保偏光纤与第二保偏分束器206连接，所述长臂保偏光纤中连接有相位调节器，所述第二保偏分束器206的另一端连接两路单光子探测器207，所述接收端驱动板201分别连接同步探测器203、相位调节器以及单光子探测器207。所述量子信道300为单模光纤。所述发射端100还包括有第三衰减器110，所述第三衰减器110设置在消偏器106以及第一可调衰减器107之间。所述接收端200还包括第三保偏分束器208以及第四保偏分束器209，所述偏振分束器204依次连接第三保偏分束器208以及第四保偏分束器209，所述第三保偏分束器208分别通过长臂保偏光纤以及短臂保偏光纤与第四保偏分束器209连接，所述长臂保偏光纤中连接有相位调节器，所述第四保偏分束器209的另一端连接有两路单光子探测器207。一种发射端无需干涉环的量子密钥分发方法，包括以下步骤：1激光器触发：发射端利用同一个时钟信号分别触发信号激光器和同步激光器发射出信号光与同步光，其中信号光作为调制光，同步光作为同步信号传输到接收端由同步探测器响应进行时钟同步；2诱骗态调制：信号激光器发射的信号光通过强度调制器进行随机强度调制，成为信号态、诱骗态或者真空态；3发射端产生前后脉冲：经过发射端驱动板控制，信号激光器产生重复频率为f的脉冲，将每两个脉冲看作一个整体，二者依次前后经过相位调制器，通过发射端驱动板控制对相位调制器加载电压的时间，只对后一个脉冲随机调制相位{0，π2，π，3π2}；4消偏器消偏：两路脉冲分别经过消偏器之后，偏振状态随机变化，偏振度为0；5电控可调衰减器对信号光进行衰减：信号光经过第一可调衰减器将光脉冲衰减至单光子量级，同步光经过第二可调衰减器将同步光调节至接收端可响应的强度范围；6信号光与同步光通过量子信道传输：将波长不同的信号光和同步光在发射端经过发射端波分复用器合入一根信道传输，并在接收端通过接收端波分复用器重新分解；7偏振分束器分束：将不同偏振的光经过偏振分束器分解为水平偏振方向和垂直偏振方向；8接收端干涉：发射端发出的两个脉冲时间间隔为1f，相应地接收端干涉环的臂长差需要与两个脉冲时间间隔匹配，在干涉环之前加上相位调制器，通过精确控制加载到相位调制器电压的时间来只对前一个脉冲调相{0，π2}，随后两个脉冲在进入干涉环之后走过路径相等的两个脉冲在第二保偏分束器或第四保偏分束器处干涉；9单光子探测器探测：单光子探测器探测出光信号，用于后续处理产生安全密钥。综合本发明的结构与原理可知，本发明的发射端无需干涉环的量子密钥分发系统，发射端无需干涉环，且将相位调制器放置在干涉环外，降低了发射端的复杂度，还可减小干涉环体积。适用于多用户组网中。另外，系统使用消偏技术，可省去了纠偏系统带来的整体系统复杂性，具有较高的使用价值。

权利要求：1.一种发射端无需干涉环的量子密钥分发系统，其特征在于，包括发射端与接收端，所述发射端与接收端通过量子信道连接，所述发射端包括发射端驱动板、信号激光器、同步激光器、强度调制器、相位调制器、消偏器、第一可调衰减器、第二可调衰减器以及发射端波分复用器，所述信号激光器依次连接强度调制器、相位调制器、消偏器及第一可调衰减器，所述同步激光器连接第二可调衰减器，所述发射端波分复用器的输入端分别连接第一可调衰减器与第二可调衰减器，所述信号激光器、同步激光器、强度调制器、相位调制器、第一可调衰减器、第二可调衰减器均连接发射端驱动板；所述接收端包括接收端驱动板、接收端波分复用器、同步探测器、偏振分束器、第一保偏分束器、第二保偏分束器以及单光子探测器，所述接收端波分复用器通过量子信道连接发射端波分复用器，所述接收端波分复用器的另一端分别连接同步探测器与偏振分束器，所述偏振分束器依次连接第一保偏分束器与第二保偏分束器，所述第一保偏分束器分别通过长臂保偏光纤以及短臂保偏光纤与第二保偏分束器连接，所述长臂保偏光纤中连接有相位调节器，所述第二保偏分束器的另一端连接两路单光子探测器，所述接收端驱动板分别连接同步探测器、相位调节器以及单光子探测器。2.如权利要求1所述的发射端无需干涉环的量子密钥分发系统，其特征在于，所述量子信道为单模光纤。3.如权利要求1所述的发射端无需干涉环的量子密钥分发系统，其特征在于，所述发射端还包括有第三衰减器，所述第三衰减器设置在消偏器以及第一可调衰减器之间。4.如权利要求1所述的发射端无需干涉环的量子密钥分发系统，其特征在于，所述接收端还包括第三保偏分束器以及第四保偏分束器，所述偏振分束器依次连接第三保偏分束器以及第四保偏分束器，所述第三保偏分束器分别通过长臂保偏光纤以及短臂保偏光纤与第四保偏分束器连接，所述长臂保偏光纤中连接有相位调节器，所述第四保偏分束器的另一端连接有两路单光子探测器。5.一种发射端无需干涉环的量子密钥分发方法，其特征在于，包括以下步骤：1激光器触发：发射端利用同一个时钟信号分别触发信号激光器和同步激光器发射出信号光与同步光，其中信号光作为调制光，同步光作为同步信号传输到接收端由同步探测器响应进行时钟同步；2诱骗态调制：信号激光器发射的信号光通过强度调制器进行随机强度调制，成为信号态、诱骗态或者真空态；3发射端产生前后脉冲：经过发射端驱动板控制，信号激光器产生重复频率为f的脉冲，将每两个脉冲看作一个整体，二者依次前后经过相位调制器，通过发射端驱动板控制对相位调制器加载电压的时间，只对后一个脉冲随机调制相位{0，π2，π，3π2}；4消偏器消偏：两路脉冲分别经过消偏器之后，偏振状态随机变化，偏振度为0；5电控可调衰减器对信号光进行衰减：信号光经过第一可调衰减器将光脉冲衰减至单光子量级，同步光经过第二可调衰减器将同步光调节至接收端可响应的强度范围；6信号光与同步光通过量子信道传输：将波长不同的信号光和同步光在发射端经过发射端波分复用器合入一根信道传输，并在接收端通过接收端波分复用器重新分解；7偏振分束器分束：将不同偏振的光经过偏振分束器分解为水平偏振方向和垂直偏振方向；8接收端干涉：发射端发出的两个脉冲时间间隔为1f，相应地接收端干涉环的臂长差需要与两个脉冲时间间隔匹配，在干涉环之前加上相位调制器，通过精确控制加载到相位调制器电压的时间来只对前一个脉冲调相{0，π2}，随后两个脉冲在进入干涉环之后走过路径相等的两个脉冲在第二保偏分束器或第四保偏分束器处干涉；9单光子探测器探测：单光子探测器探测出光信号，用于后续处理产生安全密钥。

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