[发明专利]基于PLC和LiNbO3的混合集成量子相位编码与解码系统

说明书

一种基于PLC和LiNbO3的混合集成量子相位编码与解码系统，在LiNbO₃芯片的输入端，输入光纤通过LiNbO₃波导连接3dB耦合器，所述3dB耦合器的两路输出端分别通过LiNbO₃波导连接两路高速相位调制器，在LiNbO₃芯片输出端，两路高速相位调制器分别通过LiNbO₃波导对应连接两路波导耦合区；在PLC芯片输入端，两路PLC波导分别通过两路波导耦合区与LiNbO₃芯片段的两路LiNbO₃波导连接；一路PLC波导连接PLC延时线，另一路PLC波导连接热光调相器；PLC延时线和热光调相器分别连接定向耦合器的两个输入端，定向耦合器的两个输出端连接两路输出光纤。与现有技术相比，本发明结合LiNbO₃和PLC两种材料的优势，利用LiNbO₃材料制作高速相位调制器，利用PLC波导做低损耗延时，实现了AMZI的芯片级集成，实现高速相位编码。

技术领域

本发明涉及量子相位编码技术领域，特别涉及一种基于PLC和LiNbO3的混合集成量子相位编码与解码系统。

背景技术

量子信息技术起源于上世纪80年代，主要分为量子通信和量子计算两大研究方向。随着科学技术的不断进步，基于经典信息的加密技术由于其底层基本原理的局限性，存在着固有的安全隐患。量子保密通信因为量子力学的基本定律，具有物理上的无条件的安全性。因此，量子密钥分发技术(Quantum Key Distribution，QKD)的应用越来越广泛。

量子密钥分发技术的前提是制备量子比特。一个量子比特利用的编码空间为2维希尔伯特空间，其常用的编码方式主要有偏振编码以及相位编码。现在常用的相位编码的量子密钥分发方案，多采用传统分立的光学元器件通过光纤熔接等技术搭建而成，传统的相位编码QKD系统如图1所示。其中，相位编码和相位解码装置为不等臂马赫曾德干涉仪(AMZI)，由3dB耦合器、相位调制器、光纤延时线等组成，发送端(Alice)的编码器和接收端(Bob)的解码器要求具有相等的臂长差。因为，发送端和接收端的AMZI臂长差的一致性直接影响到QKD系统的成码率。为了保证QKD的成码率，在实际生产中，通常要求光纤切割的工艺精度达到百微米级甚至更低，这一点往往很难保证。这是制约相位编码QKD实用化和产品化的关键难点。

为了解决这一问题，如图1所示，日本NEC等单位提出利用PLC波导制作不等臂的马赫曾德干涉仪。但是，PLC波导制作的不等臂马赫曾德干涉仪，无法实现高速的相位调制。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于PLC和LiNbO3的混合集成量子相位编码与解码系统，以解决传统相位编码QKD系统中不等臂MZI干涉仪工艺一致性差，致使QKD系统成码率低的技术问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于PLC和LiNbO3的混合集成量子相位编码与解码系统，包括依次连接的输入光纤、LiNbO₃芯片、PLC芯片及输出光纤，所述LiNbO₃芯片包括LiNbO₃波导、3dB耦合器及两路高速相位调制器，在LiNbO₃芯片的输入端，输入光纤通过LiNbO₃波导连接3dB耦合器，所述3dB耦合器的两路输出端分别通过LiNbO₃波导连接两路高速相位调制器，在LiNbO₃芯片输出端，两路高速相位调制器分别通过LiNbO₃波导对应连接第一波导耦合区、第二波导耦合区，所述第一波导耦合区、第二波导耦合区均与PLC芯片连接；