[实用新型]基于波长调制的量子密钥分发系统

说明书

本实用新型提出了一种基于波长调制的量子密钥分发系统，其包括至少两个发射端、波长调制模块和测量端，其中第一发射端和第二发射端用于生成经编码的信号光，且具有波长不同的光源。波长调制模块用于对信号光进行波长调制以使信号光的波长相同。测量端对经波长调制后具有相同波长的信号光进行测量。由此，可以避免例如在MDI‑QKD和TF‑QKD系统中对于不同发送端的光源的波长一致性的要求。

技术领域

本实用新型涉及量子通信技术领域，具体涉及基于波长调制的量子密钥分发系统。

背景技术

测量设备无光的量子密钥分发(MDI-QKD)协议利用双光子干涉技术消除了探测端的所有安全漏洞，无需对测量端的量子设备进行任何安全性假设，被认为是现实安全性最高的量子通信协议之一，也具有非常好的实用意义。实验室中，原始MDI-QKD传输距离达到了 400公里量级，MDI-QKD采用双光子复合事件作为有效探测事件，使其安全成码率随信道衰减线性下降，在无量子中继的情形下，安全成码率受线性界限的约束。

近年，一种新兴的MDI协议——双场量子密钥分发(TF-QKD) 协议被提出，利用单光子干涉技术，可以实现更远距离的密钥分发。在实验室实验中，该方案已实现500km的验证。TF-QKD利用单光子干涉作为有效探测事件，使安全成码率随信道衰减的平方根线性下降，甚至可以在无中继的情形下轻松突破QKD成码率线性界限。

任何一种光的干涉都需要光子的模式完全相同，包括且不仅限于波长、空间模式、偏振、时间及脉冲形状等。MDI-QKD的实现需要利用双光子干涉技术，而双光子干涉的前提是两个光束的光的频率和波长相同、光的传播方向相同、光的相位有一个恒定的差异。

在MDI-QKD实验中，Alice和Bob分别随机制备不同的BB84偏振态相干脉冲，然后发送给Charlie进行贝尔态测量，选择正确的测量结果。为了实现Charlie内两光子态良好的干涉效果，系统需要对影响干涉的各种参数进行严格的校准和反馈，包括时间模式、偏振模式以及光谱模式等。在MDI-QKD系统中，Alice和Bob两者采用独立的激光器，系统需要波长校准模块以保证两者的波长高度一致。 TF-QKD实施的技术要求相当苛刻，因为它要求两个远程独立激光器的单光子级干涉，同时需要通过单光子探测结果实现长距离光纤链路相对相位快速漂移的精准估计。而时频传输技术和激光注入锁定技术可以将两个独立的远程激光器的波长锁定为相同，满足TF-QKD实施的技术要求。

现有MDI-QKD和TF-QKD实验对Alice和Bob两路光波长校准技术实现复杂，受限于器件性能水平，限制了QKD系统的波长选择，限制了在密集型光波复用(DWDM)网络中的应用。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型提出了一种基于波长调制的量子密钥分发系统，其包括至少两个发射端和一个测量端，其中：

所述至少两个发射端中的第一发射端包括用于产生第一信号光的第一光源，以及用于对所述第一信号光进行编码的第一编码模块；

所述至少两个发射端中的第二发射端包括用于产生第二信号光的第二光源，以及用于对所述第二信号光进行编码的第二编码模块；其特征在于：

所述第一光源和第二光源具有不同的波长；

所述量子密钥分发系统还包括波长调制模块，其用于对所述第一和第二信号光中的至少一个进行波长调制，以使所述第一和第二信号光具有相同的波长；

所述测量端用于对经波长调制后具有相同波长的所述第一和第二信号光进行测量。

进一步地，所述波长调制模块在对所述信号光进行波长调制的同时，保持所述信号光的其他光学性质不变。

更进一步地，所述波长调制模块包括全波长转换器。其中，所述全波长转换器可以为交叉增益饱和调制型波长转换器、交叉相位调制型波长转换器、差频型波长转换器、或者四波混频型波长转换器。