[发明专利]一种偏振与相位复合编码的量子密钥分发系统

说明书

一种偏振与相位复合编码的量子密钥分发系统，包括发送端与接收端，发送端包括依次连接的激光器、强度调制器、偏振编码模块、相位编码模块以及电可调衰减器，接收端包括依次连接的相位解码模块、偏振解码模块以及单光子探测器，发送端与接收端通过单模光纤连接。与现有技术相比，本发明通过对单光子比特进行相位和偏振复合编码，可以提高协议的效率，采用偏选基的方式可将效率提升至原始协议的4倍；偏振编码和解码结构简单，性能稳定，不仅减少系统的复杂度，而且提高了系统的安全性；相位编码以及解码模块具有偏振无关的特性，因此不会与偏振编码相互影响，而且不受信道扰动的影响，使得相位编解码过程非常稳定，增加整体系统的稳定性。

技术领域

本发明涉及量子偏振编码技术领域，特别涉及一种偏振与相位复合编码的量子密钥分发系统。

背景技术

量子密钥分发(Quantum key distribution，QKD)可以保证远距离的通信双方进行无条件安全的密钥分发，是由量子力学的基本原理来保障其信息理论安全性。经过30多年的研究与发展，量子密钥分发已逐步实现实用化。其中，BB84 QKD协议在当前技术最为成熟，应用最为广泛，典型的BB84协议仅仅将比特信息编码在单光子的一个维度上，比如相位、偏振或者频率等，通过对单光子进行扩展编码，即将比特信息编码在单光子的多个维度上，使单光子携带多比特信息，再对这些维度分别解码，即可以提高安全码率，从而提升系统的整体效率。然而目前QKD系统的密钥产生速率较低，无法满足现有传统光纤通信的加密需求，有一些解决方案中，是在发送端增加一个消偏器，在光子进入光纤信道之前进行偏振态随机化，这样可以消除光纤双折射效应以及环境扰动对偏振态的影响，在接收端增加一个偏振分束器进行起偏，可以获得稳定的干涉结果。但是这个方案会增加一倍的损耗，使系统的效率降低了一半。

发明内容

针对现有技术存在以上缺陷，本发明提供一种偏振与相位复合编码的量子密钥分发系统如下：

本发明的技术方案是这样实现的：

一种偏振与相位复合编码的量子密钥分发系统，包括发送端与接收端，所述发送端包括依次连接的激光器、强度调制器、偏振编码模块、相位编码模块以及电可调衰减器，所述接收端包括依次连接相位解码模块、偏振解码模块以及单光子探测器，所述发送端与接收端通过单模光纤连接。

优选地，所述偏振编码模块包括依次连接的第一环形器、第一相位调制器以及第一法拉第旋转镜，所述相位编码模块包括第一光纤分束器、2X2偏振分束器、第二相位调制器以及法拉第旋转器，所述第一光纤分束器的三端口、四端口分别通过长短臂光纤连接2X2偏振分束器的一端口、二端口，所述2X2偏振分束器的三端口、四端口分别通过保偏光纤连接法拉第旋转器以及第二相位调制器，且第二相位调制器与法拉第旋转器之间通过保偏光纤相连，第一光纤分束器一端口连接第一环形器三端口，二端口连接电可调衰减器；所述相位解码模块的结构与相位编码模块一致，所述偏振解码模块包括第二环形器与第二光纤分束器，所述第二环形器一端口通过光纤连接发送端的电可控衰减器，二端口连接相位解码模块中第一光纤分束器一端口，三端口通过延时线连接第二光纤分束器的二端口，相位解码模块中第一光纤分束器二端口连接第二光纤分束器一端口、第二光纤分束器的三端口、四端口均连接一路1X2偏振分束器一端口，两路1X2偏振分束器均设置有纠偏模块，两路1X2偏振分束器的二端口、三端口均连接有单光子探测器，所述第一光纤分束器、第二光纤分束器均为2X2单模光纤分束器。