[发明专利]一种简单的偏振编码量子密钥分发系统及方法

说明书

一种简单的偏振编码量子密钥分发系统及方法，发送端包括依次通过保偏光纤连接的脉冲激光器、强度调制器以及发送端相位调制器，发送端相位调制器输出端连接有可调衰减器；接收端包括依次连接的电控偏振控制器、接收端相位调制器、半波片以及偏振分束器，偏振分束器的输出端分别连接第一单光子探测器与第二单光子探测器，发送端与接收端之间的连接是由可调衰减器与电控偏振控制器通过光纤连接而成。与现有技术相比，本发明系统结构简单，易于实现小型化，且可支持高速信号调制与解调。

技术领域

本发明涉及量子偏振编码技术领域，特别涉及一种简单的偏振编码量子密钥分发系统及方法。

背景技术

随着科技的发展，特别是量子计算机的威胁，基于计算复杂度的经典密码学将面临前所未有的挑战。而量子密钥分发技术由量子力学的基本原理保证其无条件安全，结合一次一密的对称加密体系，可以满足人们对安全通信日益增长的需求。目前，BB84协议量子密钥分发系统日益成熟，已走向实用化。

BB84协议常用的偏振编码的4种偏振态为|H〉、|V〉、如图1给出了一种典型的偏振编码QKD系统。系统包括发送端Alice、接收端Bob，由单光子源、偏振控制器、偏振分束器、3dB耦合器、单光子探测器组成。在发送端，每种偏振态都由一个激光器产生，通过偏振分束器及3dB耦合器等耦合到同一路光纤中。接收端通过分束器分成两路，分成两组基矢，再经过偏振分束器进行偏振分析，之后在单光子探测器上进行探测。

这种偏振编码的QKD方案发送端需要4个或8个(产生诱骗态)单光子源，接收端需要4个单光子探测器。因此，该系统具有体积大、成本高、系统复杂等缺点。

发明内容

本发明目的在于提供一种简单的偏振编码量子密钥分发系统及方法，以解决偏振编码的QKD方案系统具有体积大、成本高、量子编码方式复杂等的技术缺陷。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种简单的偏振编码量子密钥分发系统，包括发送端与接收端，所述发送端包括依次通过保偏光纤连接的脉冲激光器、强度调制器以及发送端相位调制器，所述发送端相位调制器输出端连接有可调衰减器；所述接收端包括依次连接的电控偏振控制器、接收端相位调制器、半波片以及偏振分束器，所述偏振分束器的输出端分别连接第一单光子探测器与第二单光子探测器，所述发送端与接收端之间的连接是由可调衰减器与电控偏振控制器通过光纤连接而成，所述强度调制器和发送端相位调制器之间的光纤进行45°熔接。

优选的，所述可调衰减器与电控偏振控制器之间的光纤为保偏光纤。

一种偏振编码方法，包括以下步骤：

1)激光器触发：脉冲激光器通过触发信号以一定重复频率产生一系列的脉冲光；

2)诱骗态调制：脉冲光通过强度调制器被其进行随机强度调制，成为信号态、诱骗态或者真空态；

3)发射端偏振制备：入射到发送端相位调制器的光偏振态设置为45°，通过加载不同电压对信号光进行随机4相位调制，分别为0，π/2，π，3π/2，得到4种偏振态；

4)电控可调衰减器：电控可调衰减器将脉冲光衰减至单光子量级；

5)电控偏振控制器：接收端通过电控偏振控制器将所接收到的光偏振态补偿至与发送端偏振态一致；

6)接收端偏振测量：接收端通过接收端相位调制器对信号光进行随机2相位调制，分别为0，π/2，然后经过半波片和偏振分束器来对偏振态进行解析，最后用单光子探测器进行探测，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：

1、系统的发送端只需要一个单光子源和一个相位调制器即可产生BB84协议所需的4种偏振态，与传统的偏振编码QKD系统的多激光器结构相比，大大降低了系统的复杂度和成本；