[发明专利]用于量子密钥分发的偏振编码装置及量子密钥分发系统

说明书

本发明公开了一种用于量子密钥分发的偏振编码装置，包括激光器LD，光路选择器，2X2偏振编码装置以及合束器BC，其中2X2偏振编码装置有2个输入端口和2个输出端口，本发明还提供了一种量子密钥分发系统。与现有技术相比，本发明的一种偏振编码装置，采用2X2偏振编码模块，只需要一个相位调制器，且调制相位0或π，即可制备出4种BB84偏振态。不仅可以解决多激光器波长不一致的问题，还降低了对相位调制器驱动电路的要求。既保证了量子态制备的安全性，又降低了编码装置的复杂度。

技术领域

本发明涉及量子偏振编码技术领域，特别涉及一种用于量子密钥分发的偏振编码装置及量子密钥分发系统。

背景技术

量子密钥分发（quantum key distribution，QKD）可以为远距离的通信双方提供无条件安全的密钥分发，其信息理论安全性由量子力学的基本原理来保障。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、、、。

如图1所示，给出了一种典型的偏振编码BB84 QKD系统。其发送端每种偏振态都由一个激光器产生，通过偏振分束器PBS及分束器BS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方案需要4个或8个（产生诱骗态）激光器，以及4个单光子探测器。因此，该系统不仅具有体积大、成本高、系统复杂等缺点，还因为多激光器存在波长不一致而导致侧信道信息泄露，安全性降低。

为了解决多激光器造成的安全性问题，专利CN105897413A和CN110545180A分别提出了两种基于萨格纳克环的偏振调制方案，通过萨格纳克环中的相位调制器PM调节环内两个方向的偏振分量之间的相位差来产生偏振态。为了获得、、、4种偏振态，相位调制器PM需要调制4种相位，这意味着PM至少需要3种驱动电压，且最高电压在1.5倍的半波电压以上，对模数转换器和放大器要求较高。因此，该方案实现高速偏振调制需要价格昂贵的高速模数转换器和放大器，增加了系统的复杂度和成本。

发明内容

针对现有技术存在以上缺陷，本发明提出一种用于量子密钥分发的偏振编码装置及量子密钥分发系统，用以解决现有技术中量子密钥分发系统采用的多激光器波长不一致，以及对相位调制器驱动电路要求较高的技术缺陷。

本发明提供一种用于量子密钥分发的偏振编码装置及密钥分发系统如下：

本发明的技术方案是这样实现的：

一种用于量子密钥分发的偏振编码装置，包括激光器LD、光路选择器、2X2偏振编码模块以及合束器BC，所述2X2偏振编码模块设置两个输入端口分别为第一端口、第二端口，所述2X2偏振编码模块设置两个输出端口分别为第三端口、第四端口，所述激光器LD与光路选择器的第一端口相连，光路选择器的第二端口、第三端口对应与2X2偏振编码模块的第一端口、第二端口相连，2X2偏振编码模块的第三端口、第四端口对应与合束器BC的第一端口、第二端口相连。

优选地，所述2X2偏振编码模块包括第一环形器CIR1、第二环形器CIR2、第一偏振分束器PBS1、光纤延时线DL、相位调制器PM、第二偏振分束器PBS2以及反射组件，其中，第一环形器CIR1与第一偏振分束器PBS1第一端口之间通过保偏光纤进行45°熔接，第二环形器CIR2与2X2偏振编码模块的第二端口之间通过保偏光纤进行45°熔接，所述光纤延时线DL、相位调制器PM、第一偏振分束器PBS1和第二偏振分束器PBS2组成不等臂干涉仪，所述第一偏振分束器PBS1的第三端口和第二偏振分束器PBS2的第四端口连接成为不等臂干涉仪的短臂，所述第一偏振分束器PBS1的第二端口连接光纤延时线DL、相位调制器PM，并和第二偏振分束器PBS2的第一端口连接成为不等臂干涉仪的长臂，所述第二偏振分束器PBS2的第二端口、第三端口连接反射组件。