[发明专利]相差控制的量子密钥分发时间比特-相位解码方法和装置

说明书

一种基于90度熔接相差控制的量子密钥分发时间比特‑相位解码方法和装置及相应的系统。该方法包括：将输入光脉冲分束为第一路和第二路光脉冲；对第一路光脉冲进行相位解码，对第二路光脉冲进行时间比特解码。对第一路光脉冲进行相位解码包括：将第一路光脉冲分束为在两条子光路上传输的两路子光脉冲；将其相对延时后合束输出，至少一条子光路包含至少一个90度熔接点，控制第一路光脉冲的两个正交偏振态各自在分束至合束的过程中经两条子光路传输的相位差相差2π的整数倍，并对分束前的第一路光脉冲进行相位调制或者在分束至合束的过程中对两路子光脉冲之一进行相位调制。本发明能实现环境干扰免疫的时间比特‑相位编码量子密钥分发方案。

技术领域

本发明涉及光传输保密通信技术领域，尤其涉及一种相差控制的量子密钥分发时间比特-相位解码方法、装置及包括该装置的量子密钥分发系统。

背景技术

量子保密通信技术是量子物理与信息科学相结合的前沿热点领域。基于量子密钥分发技术和一次一密密码原理，量子保密通信可在公开信道实现信息的安全传输。量子密钥分发基于量子力学海森堡不确定关系、量子不可克隆定理等物理原理，能够在用户之间安全地共享密钥，并可以检测到潜在的窃听行为，可应用于国防、政务、金融、电力等高安全信息传输需求的领域。

目前，地面量子密钥分发主要基于光纤信道传输，而光脉冲在光纤量子信道传输过程中，因光纤制作存在截面非圆对称、纤芯折射率沿径向不均匀分布等非理想情况，以及光纤在实际环境中受温度、应变、弯曲等影响，产生随机双折射效应。量子密钥分发时间-相位协议采用一组时间基和一组相位基编码，时间基采用两个不同时间位置的时间模式来编码，相位基采用前后光脉冲的两个相位差来编码。受光纤随机双折射的影响，光脉冲经长距离光纤传输后到达接收端时，其偏振态发生了随机变化。时间-相位编码中的时间基解码不受偏振态变化的影响，然而相位基在干涉解码时，因传输光纤和编解码干涉仪光纤双折射影响，存在偏振诱导衰落问题，导致解码干涉不稳定，造成误码率升高，若增加纠偏设备，增加了系统复杂度和成本，且对架空光缆、路桥光缆等强干扰情况难以稳定应用。对量子密钥分发时间-相位编码方案，如何解决时间比特-相位编码量子密钥分发应用中相位基解码时因偏振诱导衰落引起的相位解码干涉不稳定，以实现稳定高效地进行相位干涉解码是基于现有光缆基础设施进行量子保密通信应用的热点和难题。

发明内容

为解决上述问题至少之一，本发明提出一种基于90度熔接相差控制（也可称为“相位差控制”）的量子密钥分发时间比特-相位解码方法和装置。

本发明提供至少以下技术方案：

1. 一种基于90度熔接相差控制的量子密钥分发时间比特-相位解码方法，其特征在于，所述方法包括：

将入射的任意偏振态的一路输入光脉冲分束为第一路光脉冲和第二路光脉冲；以及

按照量子密钥分发协议，对所述第一路光脉冲进行相位解码并对所述第二路光脉冲进行时间比特解码，

其中，对所述第一路光脉冲进行相位解码包括：

将所述第一路光脉冲分束为两路子光脉冲；以及

分别在两条子光路上传输所述两路子光脉冲，并将所述两路子光脉冲作相对延时后合束输出，所述两条子光路中的至少一条子光路包括至少两段保偏光纤，

其中，在所述两条子光路中的所述至少一条子光路中包含至少一个90度熔接点，所述90度熔接点是通过以下方式形成的：将所述至少一条子光路中的两段保偏光纤相对旋转90度，使得一段保偏光纤的慢轴与另一段保偏光纤的快轴对准熔接，并且

其中控制所述第一路光脉冲的两个正交偏振态中的一个偏振态在分束至合束的过程中经所述两条子光路传输的相位差与另一个偏振态经所述两条子光路传输的相位差使得两个相位差相差2π的整数倍，并且