[发明专利]用于离散变量量子密钥分发的发射端芯片及方法

说明书

本发明公开了一种用于离散变量量子密钥分发的发射端芯片及方法，涉及量子密钥分发领域。发射端芯片包括顺次相连的脉冲激光器、第一强度调制器、第二强度调制器；连接第二强度调制器的第一相位调制器、第二相位调制器；连接第一相位调制器的第一1×2分束器；连接第二相位调制器的第二1×2分束器；连接第一1×2分束器相连的延时波导、第一可调光衰减器；连接第二1×2分束器的第二可调光衰减器、第三可调光衰减器；连接第一可调光衰减器、第二可调光衰减器的偏振旋转合成器，连接延时波导、第三可调光衰减器的2×1的50：50分束器。本发明能产生偏振态编码DV‑QKD和时间‑相位编码DV‑QKD两种量子态，只需要一种设计和生产方案。

技术领域

本发明涉及量子密钥分发领域，具体是涉及一种用于离散变量量子密钥分发的发射端芯片及方法。

背景技术

QKD(Quantum Key Distribution，量子密钥分发)是一种利用量子物理原理，在通信双方之间的信道里传输和建立保密的对称随机数的技术。该技术可以和现有的对称式密钥加密设备结合，实现量子保密通信。其中，众多QKD方案当中，以BB84协议为代表的DV-QKD(Discrete Variable-Quantum Key Distribution，离散变量量子密钥分发)技术使用最为广泛。

一般的单个物理载体的二元量子态可以采用图1中所示的Bloch球(Blochsphere)的球面上的矢量来表示。BB84协议需要QKD发射端，可以准确的产生对应Bloch球面分别和Z轴、X轴、Y轴相交的共6个相交点的量子态。其中，Z轴和球面相交的两个点，映射在实际的物理系统里，对应了某个物理自由度上的两个互相正交的状态，例如偏振(Polarization)状态里的TE模式(Transverse Eectric modes)和TM模式(TransverseMagnetic modes)，或者短脉冲的两个不重叠的时间位置(Time-Bin)模式，对应的DV-QKD实现方式则分别对应的称为偏振态编码，和时间-相位(Phase)编码。

然而，一般的偏振态编码DV-QKD，与时间-相位编码DV-QKD，在光学实现方式上存在较大的差别，在已经报导的集成光学芯片平台的偏振态编码DV-QKD和时间-相位编码DV-QKD，这两种实现方式对应的芯片构造是不一样的。从大批量生产的角度看，一般都需要两种设计和生产方案，导致设计和生产成本较高。

发明内容

本申请的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种用于离散变量量子密钥分发的发射端芯片及方法，能够产生偏振态编码DV-QKD和时间-相位编码DV-QKD两种量子态，只需要一种设计和生产方案，能够有效降低设计和生产成本。

第一方面，提供一种用于离散变量量子密钥分发的发射端芯片，包括：

顺次相连的脉冲激光器、第一强度调制器、第二强度调制器；

分别连接第二强度调制器的第一相位调制器、第二相位调制器；

与第一相位调制器相连的第一1×2分束器，与第二相位调制器相连的第二1×2分束器；

分别连接第一1×2分束器相连的延时波导、第一可调光衰减器，分别连接第二1×2分束器的第二可调光衰减器、第三可调光衰减器；

分别连接第一可调光衰减器、第二可调光衰减器的偏振旋转合成器，其输出口作为发射端芯片的第一外部光纤耦合口；

分别连接延时波导、第三可调光衰减器的2×1的50：50分束器，其输出口作为发射端芯片的第二外部光纤耦合口，

发射端芯片产生偏振态编码DV-QKD和时间-相位编码DV-QKD两种量子态。

在一些实施例中，所述脉冲激光器产生周期为T的脉冲光，第一强度调制器对脉冲光进行逐个脉冲的光强细微调节，第二强度调制器将输入的光以可调节比例的光强分配比，输出到其本身的两个输出口：A口和B口；