具有低损耗色散限制光纤的量子密钥分发系统技术方案

一种量子通信系统，包括量子密钥生成系统，该量子密钥生成系统具有光子量子位发生器、具有长度L的低损耗色散限制光纤(例如大于200km)和光子检测器单元，以及通信网络，该通信网络具有信号发生器、信号信道和信号接收器。低损耗色散限制光纤在光子量子位发生器和光子检测器单元之间延伸，并光学地耦合光子量子位发生器和光子检测器单元。此外，该低损耗色散限制光纤在结构上被配置为限制以约9ps/(nm)km或更小(并且优选地0.5ps/(nm)km或更小)的绝对色散率的色散，并且诱发以约0.175dB/km或更小的衰减率的衰减，使得由该光子量子位发生器输出的多个光子的量子密钥位信息能在光子检测器单元处以至少10Gbit/sec的比特率被接收。的比特率被接收。的比特率被接收。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有低损耗色散限制光纤的量子密钥分发系统
相关申请的交叉引用
[0001]本申请根据35U.S.C.
§
119要求于2018年11月27日提交的美国临时申请序列No.62/771,711的优先权，本申请基于该临时申请的内容并且该临时申请的内容通过引用整体并入本文。

技术介绍

[0002]本公开涉及具有低损耗色散限制光纤的量子通信系统。更具体地，本公开涉及包括量子密钥生成系统的量子通信系统，该量子密钥生成系统具有使用低损耗色散限制光纤光学地耦合以用于提供增加的量子密钥比特率的部件。

技术实现思路

[0003]根据本公开的一些实施例，一种量子系统包括：量子密钥系统，所述量子密钥系统包括光子量子位发生器、低损耗色散限制光纤和光子检测器单元；以及信号接收器；其中：所述低损耗色散限制光纤在所述光子量子位发生器和所述光子检测器单元之间延伸并且光学地耦合所述光子量子位发生器和所述光子检测器单元，所述低损耗色散限制光纤具有长度L(例如，L在100km与2000km之间，或在200km与1000km之间)；所述光子量子位发生器在结构上被配置为输出多个光子，所述多个光子中的每个光子包括量子密钥位信息；所述光子检测器单元在结构上被配置为接收所述多个光子的所述量子密钥位信息；所述信号接收器通信地耦合到所述光子检测器单元，并且在结构上被配置为在接收到所述信号时将所述一个或多个信号位与所述量子密钥位信息进行比较；以及低损耗色散限制光纤包括芯和围绕所述芯的包层，并且在结构上被配置为限制具有约1550nm的波长的光子脉冲以约9ps/(nm)km或更小的绝对色散率的色散，并且诱发包括约1550nm的所述波长的光子以约0.175dB/km或更小的衰减率的衰减，使得由所述光子量子位发生器输出的所述多个光子的所述量子密钥位信息能在所述光子检测器单元处以至少10Gbit/sec的比特率被接收。
[0004]根据本公开的一些实施例里，一种量子通信系统包括：量子密钥生成系统，该量子密钥生成系统具有光子量子位发生器、低损耗色散限制光纤、以及光子检测器单元、以及通信网络，该通信网络具有信号发生器、信号通道和信号接收器。低损耗色散限制光纤在光子量子位发生器和光子检测器单元之间延伸，并光学地耦合光子量子位发生器和光子检测器单元。所述光子量子位发生器在结构上被配置为输出多个光子，所述多个光子中的每个光子包括量子密钥位信息。光子检测器单元在结构上被配置为接收该多个光子的量子密钥位信息。所述信号通道在所述信号发生器和所述信号接收器之间延伸并通信地耦合所述信号
发生器和所述信号接收器。所述信号发生器在结构上被配置为输出包括一个或多个信号位的信号。信号接收器通信地耦合到光子检测器单元，并且在结构上被配置为在接收到信号时将该一个或多个信号位与量子密钥位信息进行比较。此外，该低损耗色散限制光纤具有长度L>200km，并且包括芯和围绕该芯的包层。低损耗色散限制光纤在结构上被配置为限制包括约1550nm的波长的光子以约9ps/(nm)km或更小的绝对色散率的色散，并且诱发具有约1550nm的所述波长的光子脉冲以约0.175dB/km或更小的衰减率的衰减，使得由所述光子量子位发生器输出的多个光子的量子密钥位信息能在所述光子检测器单元处以至少约10Gbit/sec的比特率被接收。根据一些实施例，量子密钥生成系统的速率的密钥速率至少为10kbit/sec。
[0005]根据一些实施例，该低损耗色散限制光纤在结构上配置为限制包括约1550nm波长的光子以约9ps/(nm)km(即，9ps/nm
·
km或9皮秒/nm/km)或更小的绝对色散率的色散，并且诱发包括约1550nm波长的光子以0.12dB/km与0.175dB/km之间的衰减率的衰减。
[0006]根据本公开的一个实施例，量子通信系统进一步包括激光器和光学地耦合到所述激光器的光谱滤波器，所述光谱滤波器是具有0.2nm到0.5nm的带通宽度的带通滤波器。
[0007]根据一个实施例，低损耗色散限制光纤具有芯和围绕该芯的包层，并且在结构上被配置为限制包括约1550nm的波长的光子以约5ps/(nm)km(也称为5ps/nm
·
km)或更小的绝对色散率的色散。
[0008]根据一个实施例，低损耗色散限制光纤具有芯和围绕该芯的包层，并且在结构上被配置为限制具有约1550nm的波长的光子以约5ps/(nm)km(也称为5ps/nm
·
km)或更小的绝对色散率的色散，并且量子通信系统不包括光学地耦合到激光器或光子发生器的光谱滤波器。根据一些实施例，量子通信系统不包括位于光子量子位发生器内的光谱滤波器。
[0009]根据一个实施例，不存在位于光子量子位发生器和耦合到低损耗光学低色散光纤的光子检测器单元之间的光传输光纤。根据一个实施例，量子通信系统进一步包括强度调制器和分束器，使得不存在位于强度调制器和分束器之间的光学传输。
[0010]根据本公开的一个实施例，量子密钥生成系统包括低损耗色散限制光纤，该低损耗色散限制光纤在光子量子位发生器和光子检测器单元之间延伸，并光学地耦合光子量子位发生器和光子检测器单元。低损耗色散限制光纤包括芯和围绕所述芯的包层，并且在结构上被配置为限制包括约1550nm的波长的光子以约9ps/(nm)km或更小的绝对色散率的色散，并且诱发包括约1550nm的所述波长的光子以约0.175dB/km或更小的衰减率的衰减，使得由所述光子量子位发生器输出的所述多个光子的所述量子密钥位信息能在所述光子检测器单元处以至少约10Gbit/sec的比特率被接收。
[0011]根据本公开的一个实施例，量子密钥生成系统包括低损耗色散限制光纤，该低损耗色散限制光纤在光子量子位发生器和光子检测器单元之间延伸，并光学地耦合光子量子位发生器和光子检测器单元。低损耗色散限制光纤包括芯和围绕所述芯的包层，并且在结构上被配置为限制包括约1550nm的波长的光子以约10ps/(nm)km或更小的绝对色散率的色散，并且诱发包括约1550nm的所述波长的光子以约0.175dB/km或更小的衰减率的衰减，使得由所述光子量子位发生器输出的所述多个光子的所述量子密钥位信息能在所述光子检测器单元处以至少约10Gbit/sec的比特率被接收。
[0012]根据一些实施例，低损耗色散限制光纤包括芯和围绕所述芯的包层，并且在结构
上被配置为限制包括约1550nm的波长的光子以约5ps/(nm)km(即，5ps/nm
·
km)或更小的绝对色散率的色散，并且诱发包括约1550nm的所述波长的光子以约0.175dB/km或更小的衰减率的衰减，使得由所述光子量子位发生器输出的所述多个光子的所述量子密钥位信息能在所述光子检测器单元处以至少约10Gbit/sec(例如，至少25Gbit/sec或50Gbit/sec)的比特率被接收。根据一些实施例，该低损耗色散限制光纤在结构上配置为限制包括约1550nm波长的光子以约5ps/(nm本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种量子通信系统，包括：量子密钥生成系统，所述量子密钥生成系统包括光子量子位发生器、低损耗色散限制光纤和光子检测器单元；以及通信网络，所述通信网络包括信号发生器、信号信道和信号接收器；其中：所述低损耗色散限制光纤在所述光子量子位发生器和所述光子检测器单元之间延伸并且光学地耦合所述光子量子位发生器和所述光子检测器单元，所述低损耗色散限制光纤具有长度L；所述光子量子位发生器在结构上被配置为输出多个光子，所述多个光子各自包括量子密钥位信息；所述光子检测器单元在结构上被配置为接收所述多个光子的所述量子密钥位信息；所述信号信道在所述信号发生器和所述信号接收器之间延伸并且通信地耦合所述信号发生器和所述信号接收器；所述信号发生器在结构上被配置为输出包括一个或多个信号位的信号；所述信号接收器通信地耦合到所述光子检测器单元，并且在结构上被配置为在接收到所述信号时将所述一个或多个信号位与所述量子密钥位信息进行比较；以及所述低损耗色散限制光纤光纤包括芯和围绕所述芯的包层，并且在结构上被配置为限制具有约1550nm的波长的光子脉冲以约9ps/(nm)km或更小的绝对色散率的色散，并且诱发包括约1550nm的所述波长的光子以约0.175dB/km或更小的衰减率的衰减，使得由所述光子量子位发生器输出的所述多个光子的所述量子密钥位信息能在所述光子检测器单元处以至少10Gbit/sec的比特率被接收。2.如权利要求1所述的量子通信系统，其特征在于，所述芯包括基于二氧化硅的玻璃，并且L在200km至1000km之间。3.如权利要求2所述的量子通信系统，其特征在于，所述芯的二氧化硅玻璃掺杂有K、Cl、F或它们的组合。4.如权利要求1或2所述的量子通信系统，其特征在于，所述低损耗色散限制光纤包括阶跃折射率分布。5.如权利要求1或2或3所述的量子通信系统，其特征在于，所述低损耗色散限制光纤包括抛物线折射率分布。6.如前述权利要求中任一项所述的量子通信系统，其特性在于，所述芯包括从约2.2μm到约3μm的半径。7.如前述权利要求中任一项所述的量子通信系统，其特征在于，所述低损耗色散限制光纤的所述芯包括从约
‑
0.1到约0.2的相对折射率Δ1，其中：Δ1包括(n1‑
n
s
)/n
s
；n1包括所述芯的折射率；以及n
s
包括纯二氧化硅的折射率。8.如权利要求1
‑
6中任一项所述的量子通信系统，其特征在于，所述低损耗色散限制光纤的所述包层包括从约
‑
0.4到约
‑
0.7的相对折射率Δ2，其中：Δ2包括(n2‑
n
s
)/n
s
；
n2包括所述包层的折射率；以及n
s
包括纯二氧化硅的折射率。9.如前述权利要求中任一项所述的量子通信系统，其特征在于，所述低损耗色线限制光纤包括约1200nm或更小的截止波长。10.如前述权利要求中任一项所述的量子通信系统，其特征在于，所述低损耗色散限制光纤包括从约7.5μm到约9.0μm的模场直径。11.如前述权利要求中任一项所述的量子通信系统，其特征在于，所述低损耗色散限制光纤包括从约40μm2到约55μm2的有效面积。12.如前述权利要求中任一项所述的量子通信系统，其特征在于，所述低损耗色散限制光纤包括从约0.051ps/(nm2)km到约0.054ps/(nm2)km的色散斜率。13.如前述权利要求中任一项所述的量子通信系统，其特征在于，所述包层包括第一包层部分、第二包层部分、以及设置在所述第一包层部分和所述第二包层部分之间的包层环。14.如权利要求13所述的量子通信系统，其特征在于，所述芯包括从约2.2μm到约2.8μm的半径。15.如权利要求13所述的量子通信系统，其特征在于，所述低损耗色散限制光纤的所述芯包括从约
‑
0.1到约0.2的相对折射率Δ1，其中：Δ1包括(n1‑
n
s
)/n
s
；n1包括所述芯的折射率；以及n
s
包括纯二氧化硅的折射率。16.如权利要求13所述的量子通信系统，其特征在于，所述低损耗色散限制光纤的所述第一包层部分包括从约
‑
0.2到约
‑
0.7的相对折射率Δ2，其中：Δ2包括(n2‑
n
s
)/n
s
；n2包括所述第一包层部分的折射率；以及n
s
包括纯二氧化硅的折射率。17.如权利要求13所述的量子通信系统，其特征在于，所述低损耗色散限制光纤的所述包层环包括从约
‑
0.1到约
‑
0.5的相对折射率Δ3，其中：Δ3包括(n3‑
n
s
)/n
s
；n3包括所述包层环的折射率；以及n
s
包括纯二氧化硅的折射率。18.如权利要求13所述的量子通信系统，其特征在于，所述低损耗色散限制光纤的所述第二包层部分包括从约
‑
0.2到约
‑
0.6的相对折射率Δ4，其中：Δ4包括(n4‑
n
s
)/n
s
；n4包括所述第二包层部分的折射率；以及n
s
包括纯二氧化硅的折射率。19.如权利要求13所述的量子通信系统，其特征在于，所述低损耗色散限制光纤包括约1500nm或更小的截止波长。20.如权利要求13所述的量子通信系统，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：李明军，D，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：