【技术实现步骤摘要】
本申请涉及量子通信和光量子编码，尤其涉及一种量子态编码装置、方法及软件定义的量子通信系统。
技术介绍
1、量子通信技术是量子物理与信息科学相结合的前沿热点领域，目前应用主要包含量子密钥分发和量子直接通信。基于量子力学海森堡不确定关系、量子不可克隆定理等物理原理，量子密钥分发能够在通信双方实时安全地共享密钥，量子直接通信能够实现信息的传输即安全。量子通信能够检测到通信信道潜在的窃听行为，可应用于国防、政务、金融、电力等高安全信息传输需求的领域。
2、量子通信系统的物理实现，如量子密钥分发和量子直接通信的物理实现，均需对量子态进行编码和解码。目前常用的量子通信编码方式包括偏振编码、时间相位编码，一套量子通信系统一般选择其中一种编码方式，因此系统不具有通用性且不能灵活组网。
3、如何在一个光量子编码装置中实现兼容多种量子通信系统编码方式的通用量子态编码是量子通信应用的一个重要问题。
技术实现思路
1、本申请的目的在于提供一种量子态编码装置、方法及软件定义的量子通信系统，用以解决现有技术中提及的技术问题。
2、为了实现上述目的，第一方面，本申请提供了一种量子态编码装置，，包括：偏振编码单元，第一光耦合单元、不等臂偏振控制干涉仪、第一传输光路以及第二光耦合单元。偏振编码单元包含至少一个输入端口和一个输出端口，偏振编码单元用于通过其中一个输入端口输入光脉冲，基于输入光脉冲产生偏振编码量子态的光脉冲，通过输出端口输出。第一光耦合单元包含一个输入端口和两个输出端
3、第二方面，本申请提供一种量子态编码方法，应用上述的量子态编码装置实现量子态编码。
4、第三方面，本申请提供一种软件定义的量子通信系统，包括上述的量子态编码装置。
5、综上所述，本申请提供的量子态编码装置、方法及软件定义的量子通信系统至少具有以下有益效果：
6、本申请采用偏振编码单元、第一光耦合单元、不等臂偏振控制干涉仪、第一传输光路以及第二光耦合单元组成量子态编码装置，其中，偏振编码单元用于产生偏振编码量子态的光脉冲，所述不等臂偏振控制干涉仪用于将所述偏振编码量子态的光脉冲转换为时间相位编码量子态的光脉冲。根据量子通信编码控制指令控制所述第一光耦合单元以及第二光耦合单元输出所述偏振编码量子态的光脉冲，或输出时间相位编码量子态的光脉冲，实现了同一量子态编码装置可以满足量子通信系统的不同编码需求。
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1.一种量子态编码装置，其特征在于，包括：偏振编码单元，第一光耦合单元、不等臂偏振控制干涉仪、第一传输光路以及第二光耦合单元；
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一光耦合单元为光耦合器，所述第二光耦合单元为光开关。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第一光耦合单元用于通过所述第一端口输入所述偏振编码单元输出的偏振编码量子态的光脉冲，将所述偏振编码量子态的光脉冲分束为两路子光脉冲，分别通过第三端口和第二端口将两路子光脉冲输入所述第一光输出支路和所述第二光输出支路；
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一光耦合单元为光开关，所述第二光耦合单元为光开关或光耦合器。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第一光耦合单元用于根据所述量子通信编码控制指令，将所述偏振编码量子态的光脉冲选择输入至所述第一光输出支路或者所述第二光输出支路；
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述偏振编码单元包含偏振操作模块，所述偏振操作模块包括偏振控制光路和设置在所述偏振控制光路的传输光路中的至少一个
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述偏振控制光路包括第三光耦合单元、第四光耦合单元、第二传输光路、第三传输光路；
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第三光耦合单元与所述第四光耦合单元为同一光耦合器，所述偏振控制光路还包括：两个反射镜；
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第三光耦合单元与第四光耦合单元为同一偏振分束器，所述偏振控制光路还包括：两个反射镜，
10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第三光耦合单元为偏振分束器，所述第四光耦合单元为光耦合器或者偏振分束器。
11.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第三光耦合单元为光耦合器，所述第四光耦合单元为光耦合器或者偏振分束器。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，
13.根据权利要求11或12所述的装置，其特征在于，所述偏振控制光路还包括：第一前置光干涉仪以及中间光耦合单元，其中，所述第一前置光干涉仪包括所述第三光耦合单元、第四传输光路以及设置在所述第四传输光路上的前置相位调制器；
14.根据权利要求11或12所述的装置，其特征在于，所述偏振控制光路还包括：第二前置光干涉仪，所述第二前置光干涉仪包括：前置光耦合单元、第一前置传输光路、第二前置传输光路、设置在所述第一前置传输光路或所述第二前置传输光路中的前置相位调制器以及所述第三光耦合单元，
15.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第三光耦合单元和所述第四光耦合单元为同一光耦合单元，所述第二传输光路和所述第三传输光路为同一传输光路。
16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述同一光耦合单元为偏振分束器，所述偏振分束器包含三个端口，分别为第一端口、第二端口和第三端口，所述偏振分束器的第一端口为所述偏振控制光路的输入和输出端口，所述偏振分束器的第二端口和第三端口通过所述同一传输光路连接，所述偏振分束器的本征偏振态为所述偏振控制光路的本征偏振态。
17.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述同一光耦合单元包括：偏振分束器、第一起偏器和第二起偏器；
18.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述同一光耦合单元包括：光分束器、第一起偏器和第二起偏器；
19.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述同一光耦合单元包括：光分束器、第一起偏器和第二起偏器；
20.根据权利要求15～19任一项所述的装置，其特征在于，所述相位调制器包括正向输入光端口和反向输入光端口，所述相位调制器在施加频率高于指定阈值的高频调制信号后，工作在非互易状态，对由正向输入光端口输入的光脉冲的调制效率与对反向输入光端口输入的光脉冲的调制效率的比值大于预设阈值。
21.根据权利要求15～19任一项所述装置，其特征在于，所述偏振编码单元包含串联的N个所述偏振操作模块，N为正整数。
22.根据权利要求21所述的装置，其特征在于，在N为2时，两个偏振控制光路的本征偏振态之间夹角为：n·22.5°，其中n为整数。
23.根据权利要求22所述的装置，其特征在于，两个偏振控制光路的本征偏振态之间的夹角通过旋转两个偏振控制光路中至少之一实现；和/或
24.根据权利要求21所述的装置，其特征在于，在N为3时，当第一个偏振控制光路的本征偏振态和第二个偏振控制光路的本征偏振态之间的夹角为l·90°时，...
【技术特征摘要】
1.一种量子态编码装置，其特征在于，包括：偏振编码单元，第一光耦合单元、不等臂偏振控制干涉仪、第一传输光路以及第二光耦合单元；
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一光耦合单元为光耦合器，所述第二光耦合单元为光开关。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第一光耦合单元用于通过所述第一端口输入所述偏振编码单元输出的偏振编码量子态的光脉冲，将所述偏振编码量子态的光脉冲分束为两路子光脉冲，分别通过第三端口和第二端口将两路子光脉冲输入所述第一光输出支路和所述第二光输出支路；
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一光耦合单元为光开关，所述第二光耦合单元为光开关或光耦合器。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第一光耦合单元用于根据所述量子通信编码控制指令，将所述偏振编码量子态的光脉冲选择输入至所述第一光输出支路或者所述第二光输出支路；
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述偏振编码单元包含偏振操作模块，所述偏振操作模块包括偏振控制光路和设置在所述偏振控制光路的传输光路中的至少一个相位调制器；
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述偏振控制光路包括第三光耦合单元、第四光耦合单元、第二传输光路、第三传输光路；
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第三光耦合单元与所述第四光耦合单元为同一光耦合器，所述偏振控制光路还包括：两个反射镜；
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第三光耦合单元与第四光耦合单元为同一偏振分束器，所述偏振控制光路还包括：两个反射镜，
10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第三光耦合单元为偏振分束器，所述第四光耦合单元为光耦合器或者偏振分束器。
11.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第三光耦合单元为光耦合器，所述第四光耦合单元为光耦合器或者偏振分束器。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，
13.根据权利要求11或12所述的装置，其特征在于，所述偏振控制光路还包括：第一前置光干涉仪以及中间光耦合单元，其中，所述第一前置光干涉仪包括所述第三光耦合单元、第四传输光路以及设置在所述第四传输光路上的前置相位调制器；
14.根据权利要求11或12所述的装置，其特征在于，所述偏振控制光路还包括：第二前置光干涉仪，所述第二前置光干涉仪包括：前置光耦合单元、第一前置传输光路、第二前置传输光路、设置在所述第一前置传输光路或所述第二前置传输光路中的前置相位调制器以及所述第三光耦合单元，
15.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第三光耦合单元和所述第四光耦合单元为同一光耦合单元，所述第二传输光路和所述第三传输光路为同一传输光路。
16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述同一光耦合单元为偏振分束器，所述偏振分束器包含三个端口，分别为第一端口、第二端口和第三端口，所述偏振分束器的第一端口为所述偏振控制光路的输入和输出端口，所述偏振分束器的第二端口和第三端口通过所述同一传输光路连接，所述偏振分束器的本征偏振态为所述偏振控制光路的本征偏振态。
17.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述同一光耦合单元包括：偏振分束器、第一起偏器和第二起偏器；
18.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述同一光耦合单元包括：光分束器、第一起偏器和第二起偏器；
19.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述同一光耦合单元包括：光分束器、第一起偏器和第二起偏器；
20.根据权利要求15～19任一项所述的装置，其特征在于，所述相位调制器包括正向输入光端口和反向输入光端口，所述相位调制器在施加频率高于指定阈值的高频调制信号后，工作在非互易状态，对由正向输入光端口输入的光脉冲的调制效率与对反向输入光端口输入的光脉冲的调制效率的比值大于预设阈值。
21.根据权利要求15～19任一项所述装置，其特征在于，所述偏振编码单元包含串联的n个所述偏振操作模块，n为正整数。
22.根据权利要求21所述的装置，其特征在于，在n为2时，两个偏振控制光路的本征偏振态之间夹角为：n·22.5°，其中n为整数。
23.根据权利要求22所述的装置，其特征在于，两个偏振控制光路的本征偏振态之间的夹角通过旋转两个偏振...
【专利技术属性】
技术研发人员：许华醒，李培林，林晖，张平，王昌雷，王少华，
申请(专利权)人：中国电子科技集团有限公司电子科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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