一种采用雪崩探测器的双场量子密钥分发系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种采用雪崩探测器的双场量子密钥分发系统，其发送端包括锁频光源、偏振监测补偿模块、参考光调制模块和量子态制备模块。偏振监测补偿模块用于对来自接收端的第一输出光进行偏振补偿。锁频光源利用第一输出光中的锁频参考光生成光信号。量子态制备模块在光信号上制备量子态。参考光调制模块在不同的时间区间对光信号进行不同的调制，以使发送端的第二输出光中以时分复用的方式包含有量子光信号和第一相位参考光信号。接收端使不同发送端的第二输出光发生干涉，并利用雪崩探测器探测干涉信号。崩探测器探测干涉信号。崩探测器探测干涉信号。

【技术实现步骤摘要】
一种采用雪崩探测器的双场量子密钥分发系统


[0001]本技术涉及量子保密通信领域，尤其涉及一种采用雪崩探测器的双场量子密钥分发系统。

技术介绍

[0002]理想BB84 QKD协议的安全性基于一些基本假设，若现实设备不能够完美的满足这些假设就会产生安全漏洞。例如，理想的BB84QKD协议使用单光子源，利用单光子不可克隆原理保证通信安全，然而，真正的单光子源现实中还无法实现。2005年提出的诱骗态量子密钥分发(QKD)协议使用弱相干光源代替单光子源，可解决现实设备光源端不完美问题。探测系统是QKD实现中最脆弱的部分，众多攻击都是针对探测器端设备的安全漏洞实施的攻击，包括典型的强光致盲攻击、时移攻击等。为抵抗探测器端攻击，除了使用安全补丁方法、将设备参数模型化后包含在安全性证明中，还有一种方法是采用测量设备无关类QKD(MDI
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QKD)。最早于2012年由H
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K Lo小组提出基于纠缠交换技术和时间反演EPR方案的测量设备无关量子密钥分发协议(原始MDI
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QKD协议)，可消除所有的探测器端侧信道，进一步地在2018年，东芝欧洲研究中心A.J.Shields研究团队提出双场量子密钥分发协议(TF
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QKD协议)，该协议继承了MDI
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QKD的测量设备无关的安全性并具有更远的安全距离，引起了国内外广泛关注。
[0003]TF
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QKD协议不同于原始的MDI
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QKD协议，主要技术难点在于如何实现两个独立的激光源的高对比度干涉，同时，还需要对全局相位差进行快速监测，无相位后选择的QKD(NPP
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QKD)还需要进一步进行快速相位反馈补偿。这里的全局相位差对应光程差的控制要求在亚波长量级，而相位差的贡献除了Alice、Bob的光源本身频率和波长差异导致的差异，还包括量子光传输信道中引入的相位扰动，该扰动在10rad/ms量级，变化非常剧烈，需要快速监测。
[0004]为实现信道相位扰动的快速监测，目前存在两类解决方案。一种是对信号光进行快速的时分复用，将其中一部分光作为相位参考光，以此来监测和估计光纤的相对相位快速漂移。另一种是采用不同波长的参考光进行波分复用，通过监测参考光的相位扰动来体现信号光的相位扰动，其中可以通过提高参考光功率来支持更高的相位扰动监测精度和远距离程度，但该方案仍然存在量子光残余相位扰动需要监测，也需要结合第一种时分复用的解决方案。
[0005]现有技术中，时分复用中的信号光分出的相位参考光需要在较短的时间内积累较大计数率，以便降低计数率涨落导致的计算结果偏差。但同时，信号光中的量子光成分则需要保持较高的信噪比，需要最大程度地降低同波长的相位参考光对量子光的信噪比影响。这对探测器提出了既要高计数率又要高信噪比的较高要求。
[0006]由于雪崩探测器本身性能的限制，例如其在高信噪比、低后脉冲和高计数率性能之间存在互相牵制作用，难以直接应用于上述相位扰动监测方案中，因此，在现有的TF
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QKD相位扰动监测方案中，通常采用的是超导探测器，这导致现有系统复杂性和尺寸大大增加。

技术实现思路

[0007]针对现有技术存在上述问题，本技术提出了一种用于双场量子密钥分发系统，其借助雪崩探测器实现相位参考光信号和量子光信号的探测功能，以允许以更小的尺寸、更高的稳定性实现双场量子密钥分发系统。
[0008]具体而言，本技术的采用雪崩探测器的双场量子密钥分发系统可以包括接收端和多个发送端；
[0009]所述接收端包括测量模块、锁频参考光源和第一分束器；
[0010]所述锁频参考光源用于生成具有第一波长的锁频参考光；
[0011]所述第一分束器被设置用于将所述接收端的第一输出光分光，其中，所述第一输出光包括所述锁频参考光；
[0012]其特征在于：
[0013]所述接收端和发送端之间通过第一单模光纤信道和第二单模光纤信道形成连接；
[0014]所述发送端经所述第一单模光纤信道接收所述第一输出光，且包括锁频光源、偏振监测补偿模块、参考光调制模块和量子态制备模块；
[0015]所述偏振监测补偿模块包括偏振控制器、偏振分束器和光电探测器，其中，所述偏振分束器被设置成将所述第一输出光分成两个分量，所述光电探测器被设置成对所述两个分量之一进行探测，所述偏振控制器被设置成对所述第一输出光进行偏振补偿；
[0016]所述锁频光源被设置成基于所述锁频参考光，以锁频方式生成光信号；
[0017]所述量子态制备模块被设置用于在所述光信号上制备量子态；
[0018]所述参考光调制模块被设置用于对所述光信号进行调制，以使所述发送端的第二输出光中以时分复用的方式包含有量子光信号和第一相位参考光信号；
[0019]所述接收端经所述第二单模光纤信道接收所述第二输出光；
[0020]所述测量模块包括保偏的第二分束器，其具有第一和第二输入端以及第一和第二输出端，其中，所述第一和第二输入端分别被设置用于接收不同发送端的第二输出光，所述第一和第二输出端侧分别设置有雪崩探测器。
[0021]优选地，所述偏振控制器为电动偏振控制器。
[0022]进一步地，所述发送端还包括连续光斩波单元。
[0023]进一步地，所述量子态制备模块包括诱骗态调制单元、相位调制单元和光衰减单元。
[0024]进一步地，本技术的双场量子密钥分发系统还可以包括用于对所述第二输出光进行偏振监测补偿的偏振监测补偿模块。
[0025]进一步地，所述接收端还包括快速相位补偿模块，用于补偿来自不同发送端的第二输出光中的量子光信号之间的相位扰动。
[0026]可选地，所述锁频光源基于注入锁定、光学锁相环或时频传输，利用所述锁频参考光生成所述光信号。
[0027]进一步地，所述发送端的数量为N个，所述接收端还设置有支持2：N端口的光开关，用于允许选择接入的发送端，N为大于1的正整数。
[0028]更进一步地，所述接收端还包括相位参考光源和第一波分复用器；
[0029]所述相位参考光源用于生成具有第二波长的第二相位参考光信号，所述第一波长
不同于第二波长；
[0030]所述第一波分复用器被设置成以保偏的方式将所述锁频参考光和第二相位参考光信号进行波分耦合，以使所述第一输出光包括所述锁频参考光和第二相位参考光信号的合束；
[0031]所述发送端还包括偏振一致性耦合模块，其具有保偏的第二波分复用器和保偏的第三波分复用器；
[0032]所述第二波分复用器具有公共端、第一波长端和第二波长端，其中，所述公共端用于接收所述第一输出光，所述第一波长端保偏连接所述锁频光源，所述第二波长端保偏连接所述第三波分复用器的第二波长端；
[0033]所述第三波分复用器具有公共端、第一波长端和第二波长端，其中，所述第一波长端用于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采用雪崩探测器的双场量子密钥分发系统，其包括接收端和多个发送端；所述接收端包括测量模块、锁频参考光源和第一分束器；所述锁频参考光源用于生成具有第一波长的锁频参考光；所述第一分束器被设置用于将所述接收端的第一输出光分光，其中，所述第一输出光包括所述锁频参考光；其特征在于：所述接收端和发送端之间通过第一单模光纤信道和第二单模光纤信道形成连接；所述发送端经所述第一单模光纤信道接收所述第一输出光，且包括锁频光源、偏振监测补偿模块、参考光调制模块和量子态制备模块；所述偏振监测补偿模块包括偏振控制器、偏振分束器和光电探测器，其中，所述偏振分束器被设置成将所述第一输出光分成两个分量，所述光电探测器被设置成对所述两个分量之一进行探测，所述偏振控制器被设置成对所述第一输出光进行偏振补偿；所述锁频光源被设置成基于所述锁频参考光，以锁频方式生成光信号；所述量子态制备模块被设置用于在所述光信号上制备量子态；所述参考光调制模块被设置用于对所述光信号进行调制，以使所述发送端的第二输出光中以时分复用的方式包含有量子光信号和第一相位参考光信号；所述接收端经所述第二单模光纤信道接收所述第二输出光；所述测量模块包括保偏的第二分束器，其具有第一和第二输入端以及第一和第二输出端，其中，所述第一和第二输入端分别被设置用于接收不同发送端的第二输出光，所述第一和第二输出端侧分别设置有雪崩探测器。2.如权利要求1所述的采用雪崩探测器的双场量子密钥分发系统，其特征在于，所述偏振控制器为电动偏振控制器。3.如权利要求1所述的采用雪崩探测器的双场量子密钥分发系统，其特征在于，所述发送端还包括连续光斩波单元。4.如权利要求1所述的采用雪崩探测器的双场量子密钥分发系统，其特征在于，所述量子态制备模块包括诱骗态调制单元、相位调制单元和光衰减单元。5.如权利要求1所述的采用雪崩探测器的双场量子密钥分发系统，其特征在于还包括用于对所述第二输出光进行偏振监测补偿的偏振监测补偿模块。6.如权利要求1所述的采用雪崩探测器的双场量子密钥分发系...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤艳琳，蒋连军，赵梅生，唐世彪，
申请(专利权)人：科大国盾量子技术股份有限公司，
类型：新型
国别省市：