[发明专利]一种量子保密通信光路

权利要求书

1.一种量子保密通信光路，仅需要2个相位调制器就实现量子通信所需全部量子态的制备，解决干涉仪双臂损耗不匹配的问题，其特征在于，采用自稳定环路干涉仪来实现编码不等臂干涉仪两路光的制备；

所述自稳定环路干涉仪是指由2*2分束器端口②、端口③、偏振分束器、相位调制器I和法拉第镜构成的往返式环路干涉仪；

所述编码不等臂干涉仪是指由2*2分束器端口①、端口④、环形器、相移器、1*2合束器构成的不等臂干涉仪；

所述编码不等臂是该编码不等臂干涉仪的长臂和短臂光纤长度不相等；

所述长臂是指从2*2分束器端口④到1*2合束器端口②的光纤长度；

所述短臂是指从2*2分束器端口①到环形器端口②、再到环形器端口③、再到1*2合束器端口③的光纤长度；

通过调节自稳定环路干涉仪中相位调制器I的驱动电压实现光信号到编码不等臂干涉仪长臂、短臂、长臂和短臂相干叠加三个状态的自由切换，从而制备出量子保密通信所需六个量子态中的三个量子态，同时通过调节自稳定环路干涉仪中相位调制器I的半波电压调节编码不等臂干涉仪两臂光的强度，从而解决编码干涉仪双臂损耗不匹配的问题，然后，通过在编码不等臂干涉仪的输出端口接入一个相位调制器Ⅱ即实现量子保密通信所需六个量子态中剩余三个量子态的制备。

2.根据权利要求1所述的一种量子保密通信光路，其特征在于，量子保密通信光路发送方输入输出实现过程为：

（1）、激光器产生光脉冲信号输入到强度调制器，强度调制器随机调制光脉冲的幅度以产生量子保密通信所需的诱骗态，强度调制器的输出光脉冲信号输入到环形器的端口①，并从环形器的端口②输出；

（2）、环形器的端口②输出的光信号输入2*2分束器的端口①，50%光信号从2*2分束器的端口②输出，50%的光信号从2*2分束器的端口③输出；

（3）、2*2分束器端口②输出的光信号输入到偏振分束器的端口②，然后从偏振分束器的端口①输出，然后再输入到相位调制器Ⅰ和法拉第镜，法拉第镜反射光信号后再次经过相位调制器Ⅰ并输入到偏振分束器的端口①，由于法拉第镜的作用，返回光信号的偏振将垂直于输入光信号的偏振，因此，返回到偏振分束器端口①的光信号将从偏振分束器的端口③输出，同理，2*2偏振分束器端口③输出的光信号经偏振分束器、相位调制器Ⅰ和法拉第镜作用后将从偏振分束器的端口②输出，偏振分束器的端口②和端口③返回的光信号将分别到达2*2分束器的端口②和端口③，并发生干涉；

（3）、根据干涉理论，通过调节相位调制器Ⅰ的驱动电压就可以控制干涉后的光信号从2*2分束器的端口①或者端口④输出，当相位调制器Ⅰ调制电压为0V时，光信号将全部从2*2分束器的端口①输出；当相位调制器Ⅰ调整电压为Vpi时（Vpi为相位调制器Ⅰ的半波电压），光信号将全部从2*2分束器的端口④输出；当相位调制器Ⅰ调整电压为Vpi/2时，将有50%的光信号从2*2分束器端口①输出，50%的光信号从2*2分束器的端口④输出，因此，从而调节相位调制器Ⅰ的调整电压，就可以任意控制2*2分束器的端口①和端口④输出光强的比例，从而制备出量子保密通信所需的三个量子态；

（4）、2*2分束器端口④输出光信号经相移器后输入1*2合束器端口②，然后从1*2合束器端口①输出；2*2分束器端口①输出光信号输入环形器端口②，然后从环形器端口③输出后输入1*2合束器端口③，然后再从1*2合束器的端口①输出；

（5）、1*2合束器的端口①输出光信号输入相位调制器Ⅱ，由于从2*2分束器的端口④至1*2合束器的端口②的光纤长度不等于2*2分束器端口①至1*2合束器的端口③的光纤长度，因此每个激光器在1*2合束器的端口①输出时将在时序上分裂为2个脉冲，相位调制器在第一个脉冲上加载调制相位，从而制备出量子保密通信所需的剩下三个量子态；

（6）、相位调制器Ⅱ的输出信号输入滤波器，以避免量子态信号在光谱上存在边带信息泄露；

（7）、滤波器输出信号输入衰减器，以保证发送方所输出光信号的强度在单光子水平；

（8）、衰减器输出信号作为发送方的最终输出信号输入光纤信道，以发送给接收方。

3.根据权利要求1所述的一种量子保密通信光路，其特征在于，量子保密通信光路接收方输入输出实现过程为：

（1）、从量子信道输出的光脉冲信号输入扰偏器，以随机改变光信号的偏振状态，从而确保光信号在偏振维度上为混合态；

（2）、扰偏器输出信号输入1:99分束器的端口①，1%的光信号从1:99分束器的端口③输出，并输入光电探测去，从而实现信道强光监控，以保证系统的安全性，99%的光信号从1:99分束器的端口②输出作为量子信号；

（3）、1:99分束器的端口②输出信号输入滤波器，以避免波长相关的量子黑客攻击；

（4）、滤波器输出信号输入隔离器，以防止木马相关量子黑客攻击；

（5）、隔离器输出信号输入偏振分束器的端口①，由于扰偏器的作用，50%的光信号将从偏振分束器的端口③输出，50%的信号将从偏振分束器的端口②输出，从偏振分束器的端口③输出信号输入单光子探测器Ⅰ，从而实现量子保密通信所需Z基的测量，从偏振分束器的端口②输出信号输入相位调制器Ⅲ，并被相位调制器Ⅲ调制，然后经过不等臂干涉仪和单光子探测器Ⅱ，从而实现量子保密通信所需X基和Y基的测量。