[发明专利]一种即插即用量子密钥分发装置

说明书

技术领域

本发明涉及光纤传输保密通信技术领域，特别涉及量子密钥分发中的实现装置。

背景技术

现有的经典密码学是建立在大质因数分解等数学难题上，随着高性能计算机的研制，特 别是量子计算机的研制成功，现有的密码体制将不再难以攻破。而量子密码学是建立在量子 力学基本原理基础上，是量子力学和经典密码学相结合的一门新兴交叉学科。量子密码通信 是目前科学界公认唯一能实现绝对安全的通信方式，成功地解决了传统密码学中单靠数学无 法解决的问题，引起了国际密码学界和物理学界的高度重视，各国科学家纷纷开展研究并取得 了巨大成功，但许多问题仍在探索阶段，理论与实验都需要创新与简化，尚未大规模实用化， 离商业化应用有更大距离。

目前，公知的即插即用(plug&play)量子密钥分发装置(A.Muller，et al，Plug and play systems for quantum cryptography，Appl.Phys.Lett.，1997，70：793)是1997年瑞士日内 瓦大学Gisin小组利用法拉第镜消除了光纤光路中的双折射等因素的影响，提高了系统的抗 干扰能力，把干涉可见度提高到了99.84％，同时极大地提高了信道的偏振、相位稳定性，使 得系统的稳定性和使用的方便性大大提高。但该系统也存在以下问题：

1.该系统使用了基于X型光纤耦合器的Michelson干涉仪，一部分光脉冲会被直接反射 进入光子计数探测器，从而导致增加误码率。

2.该系统工作在较低重复频率下，因此光纤中不会超过一个脉冲，当重复频率增加时， 由于反射的光子和后脉冲产生错误计数，从而增加量子误码率。

3.瑞利后向散射也是该系统存在的一个问题

在高重复频率下，由于即插即用系统内在的双向特性，光脉冲在反射时会形成交叉， 此时瑞利后向散射光子就伴随着脉冲传输，增加了量子误码率。

为解决以上问题，2000年，Ribordy G et al..等人提出对上述系统的改进装置 (Ribordy G et al.，Fast and user-friendly quantum key distribution，J.Mod.Opt.， 2000，47：517)，改进装置提高了系统重复频率，并克服高频率下由瑞利散射增加量子误码率 的问题，系统中在Bob端使用了偏振控制器，需要调整两路中的偏振控制器以使光透过偏振 分束器，这种机械式的调整增加了系统复杂性和抗干扰能力。

发明内容

本发明的目的在于设计一种结构简单、易于构建、抗干扰性强、易于实现的量子密钥分 发装置。该装置的主光路由光子源、光环型器、四端口光偏振分束/合路器、量子信道、相位 调制器、90°旋转法拉第反射镜依次连接而成。通信双方(主控方、从控方)通过量子信道连 接在一起。在主控方的光环型器反射输出端口依次连接偏振片、单光子探测器组成探测部分； 四端口光偏振分束/合路器的一个反射端口连接90°旋转法拉第反射镜，一个透射端口依次连 接相位调制器、90°旋转法拉第反射镜组成信息加载部分。从控方由与量子信道依次连接的相 位调制器、90°旋转法拉第反射镜组成信息加载部分。四端口光偏振分束/合路器与90°旋转 法拉第反射镜的组合消除了光学器件、光纤的双折射效应，增强了系统的稳定性。

本发明采取如下技术方案：

包括主光路由脉冲光子源(1)、光环型器(2)、四端口光偏振分束/合路器(7)、量子 信道(9)、相位调制器(11)、90°旋转法拉第反射镜(12)依次连接而成。其中脉冲光子源 (1)的输出端连接光环型器(2)的同向输入端口，光环型器(2)的同向输出端口连接四端 口光偏振分束/合路器(7)的7a端口，四端口光偏振分束/合路器(7)的7c端口连接量子 信道(9)，光环型器(2)的反向输出端口依次连接偏振片(3)、单光子探测器(4)；四端 口光偏振分束/合路器(7)的7b端口连接90°旋转法拉第反射镜(8)、7d端口依次连接相位 调制器(6)、90°旋转法拉第反射镜(5)。脉冲光子源(1)可以是真的单光子源、也可以是 脉冲激光，若为脉冲激光时，须在相位调制器(11)前加一个可调衰减器(10)。