CN107171793A - 自稳相的测量设备无关的cv‑qkd系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种自稳相的测量设备无关的CV‑QKD系统和方法，自稳相的测量设备无关的CV‑QKD系统，包括光源端、第一客户端、第二客户端以及中继端，所述第一客户端和第二客户端布置在环形光路上，光源端发送的光信号分为两路并以相反的传输方向进入所述环形光路，其中一路在第一客户端调制，另一路在第二客户端调制，两路光信号分别行经整个环形光路后进入中继端进行测量，客户端根据中继端的测量结果协商生成安全密钥。本发明中来自光源端的两路光信号以相同的路径分别通过第一客户端和第二客户端，并相应的进行编码调制，能够实现两路光信号相对相位的稳定。
Description
技术领域
本发明涉及量子通信领域，尤其涉及一种MDI CV-QKD系统和方法。
背景技术
量子密钥分发(QKD)的相关研究一直是量子信息领域的重点，也是该领域内最接近于实际应用的成果。近些年来信息技术飞速发展，但同时信息安全也日益成为人们关注的热点问题，QKD的快速发展得益于其将会给信息安全领域带来的巨大变革。QKD基于最基本的量子力学原理，使通信双方(一般称为Alice和Bob)或多方可以在窃听者(一般称为Eve)存在的环境中协商生成安全的密钥。每次通信前先基于QKD机制生成密钥，随后采用该密钥对通信内容进行加密，这样一次一密的通信方式将能完全保证通信的安全性。因此QKD机制的相关研究和推广将能基本解决现有的各种信息安全问题。
现有的主流QKD方案分为两种：(1)基于离散变量的量子密钥分发机制(DV-QKD)；(2)基于连续变量的量子密钥分发机制(CV-QKD)。而CV-QKD由于采用现有通用的光学器件，和DV-QKD相比拥有技术成熟、成本较低且码率更高等一系列优点。
最早的QKD相关研究都集中于通信方直接通过光纤相连的系统，这样的系统一般称为点对点的QKD系统。但是这种方式有明显的缺陷，通信双方直接相连的方式无法用以构建更为实用的终端到终端的多端中继量子网络。在当前的通信技术中，通信方之间并非直接相连，而是通过中继站或服务器进行中转。相应的，在当前QKD研究中，一种测量设备无关(MDI)的QKD机制被提出。在MDI QKD系统中，Alice和Bob之间通过中继相连，且信号的测量在中继中经行。中继的测量设备可以被Eve操控(测量设备无关因此得名)，但Alice和Bob仍可以根据测量结果生成安全密钥。MDI QKD并不要求测量设备可信，因此解决了原有各种QKD机制中，测量设备容易受到各种攻击的问题。同时也为由终端到终端的量子密钥分发网络的构建指明了发展方向。
MDI CV-QKD方案比相应的MDI DV-QKD而言，在几十公里的光纤距离上有更高的码率且成本更经济。因此，基于MDI CV-QKD方案是构建未来量子通信网络的一种可行方案。
参见图1，现有的MDI CV-QKD系统(例如Nature Photonics 10,83(2015),PRA 89,052301(2014),PRA 89,042335(2014))进行密钥分发的过程如下：
1.脉冲激光器发出激光脉冲。
2.激光脉冲经平衡分束器(BS11)分束，透射脉冲和反射脉冲分别经光纤11和光纤12传输给Alice端和Bob端。
3.随后Alice和Bob端对激光脉冲(用相干态来描述)进行相同的高斯调制。
4.Alice和Bob将调制完成后的信号分别经由光纤13和光纤14发送到中继。
5.在中继中，接收自Alice和Bob的脉冲经由第二平衡分束器(BS12)干涉。
6.耦合后的两路出射脉冲分别由两个平衡零差测量装置BHD1和BHD2经行测量，分别测量信号的对应x分量和p分量(此即为连续变量的Bell态测量)。将两个探测器的测量结果相加和相减并最终得到数值q-和p+。
7.中继将这两个结果综合生成并将每次γ的具体结果通过经典通信通道(图中未画出)告知Alice和Bob。
8.根据γ的结果，Alice和Bob可以各自推算出对方相应调制脉冲的量子态。双方以一方为参照，得到一组关联的高斯随机变量。
9.双方通过经典通道进行协商、纠错和隐私放大最终生成安全的密钥。
零差测量时还需有本振脉冲作为辅助。Alice和Bob分别需要一个本振脉冲，本振脉冲可以通过独立光纤传送到BHD1和BHD2(未在图中画出)。也可以考虑旁带编码的方式，将激光的旁带作为编码的对象，而主带作为本振。此时上述方案中的平衡零差测量装置可以替换为简单的光电探测器，但整体原理上是一致的，故不再详述(参见Nature Photonics10,83(2015))。
MDI CV-QKD的最大难点在于Alice和Bob各自发出的编码信号光在分别经过长距离的光纤传输到达中继端以后如何建立起可靠的相位参照。只有当相位参照可靠时，中继端进行连续变量Bell态测量得到的结果才会对Alice或Bob有参照价值，否则密钥无法生成。受光纤或环境影响，经过长距离传输之后(利用光纤或者自由空间)两路信号光之间的相对相位存在随机偏移，建立可靠的相位参照之意即为消除该随机相位对测量的影响。在现有技术的方案中，没有解决建立可靠的相位参照这一重大问题，技术方案并不完整，需要引入新的主动或被动相位稳定技术来实现相位的稳定。
发明内容
本发明提供一种自稳相的测量设备无关的CV-QKD系统，来自光源端的两路光信号经过完全相同的光程，从而实现两路光信号相对相位的稳定，并相应的在第一客户端和第二客户端进行编码调制。
一种自稳相的测量设备无关的CV-QKD系统，包括光源端、第一客户端、第二客户端以及中继端，所述第一客户端和第二客户端布置在环形光路上，光源端发送的光信号分为两路并以相反的传输方向进入所述环形光路，其中一路在第一客户端调制，另一路在第二客户端调制，两路光信号分别行经整个环形光路后进入中继端进行测量，客户端根据中继端的测量结果协商生成安全密钥。
本发明中，针对现有技术，构建环形光路，自光源端并发向第一客户端、第二客户端的两路光信号都经由该环形光路进入中继端进行测量，克服了现有技术中两路光信号传输路径各自独立所带来的无法建立准确相位参照的问题。
光源端发送的光信号经分束器分束到回到分束器干涉期间都是在公共的环形光路中传输，两路分束信号光经过的光程完全相同因此相对相位可保持稳定；两路光信号在传递过程中也都行经第一客户端和第二客户端，其中相反的传输方向是相对于环形光路而言。
作为优选，所述中继端设有位于所述环形光路上的分束器，所述光源端发送的光信号经由该分束器分为两路光信号、并以相反的传输方向进入环形光路。
作为优选，所述两路光信号中，其中一路依次经过第一客户端和第二客户端，且在第二客户端进行调制；另一路依次经过第二客户端和第一客户端，且在第一客户端进行调制，两路光信号经调制并行经整个环形光路后回到所述分束器进行干涉并对干涉信号光进行测量。
按照传输路径，若先经过第二客户端，则在后经过的第一客户端中调制，可避免调制后强度的过早损失，同理若先经过第一客户端，则在后经过的第二客户端中调制。
作为优选，所述中继端内设置第一测量装置和第二测量装置，分别用于测量来自所述分束器两个输出端的干涉信号光；
所述中继端内还设有接收所述第一测量装置和第二测量装置的测量结果并对其进行后处理的数据处理装置。
作为优选，所述分束器与第一测量装置和第二测量装置分别通过第一支路和第二支路相连，在其中一支路上设有光纤环行器，所述光源端发送的光信号经由该光纤环行器的其中一端口输入至所述分束器。
通过环形器实现收发分离，将发送的信号送给分束器，将一路接收信号发送给测量装置。
作为优选，所述光源端内设有第一偏振控制装置，用以调整光源端发送的光信号的偏振方向，在所述环形光路中还设有：
第二偏振分束器，用于依据光信号的偏振方向控制进出第一客户端的光信号走向；
第三偏振分束器，用于依据光信号的偏振方向控制进出第二客户端的光信号走向；
在所述第一客户端和第二客户端内均设有用于调制光信号的调制模块以及改变光信号偏振方向的调节器件。
通过光源端内的第一偏振控制装置，可在光信号分路之前调整预期的偏振方向，例如选择水平方向(垂直方向同理)，光信号在环形光路中传输时，通过第二偏振分束器、第三偏振分束器以及第一客户端和第二客户端内的调节器件可以通过调节偏振来改变光的传输方向，以实现两路光信号沿相反的方向行经整个环形光路。
第一偏振控制装置可采用偏振分束器、偏振控制器(PC)或半波片(HWP)，都可以实现对出射光的偏振调制。
所述调节器件为法拉第旋转镜，光信号在第一客户端或第二客户端的内部通过该法拉第旋转镜折返。
所述调节器件为保偏分束器，光信号通过该保偏分束器进出第一客户端或第二客户端。
拉第旋转镜以及保偏分束器都可使实现偏振方向的改变，以便于光信号在经过第二偏振分束器或第三偏振分束器时，根据偏振方向来控制其传输路径。
可选的，来自光源端并经过所述分束器分束得到的两路光信号中：
其中一路以第一偏振方向经过第二偏振分束器进入第一客户端，经由发射端的调节器件改变偏振方向后以第二偏振方向经过第二偏振分束器、第三偏振分束器进入第二客户端；经由第二客户端的调节器件改变偏振方向后仍以第一偏振方向经过第三偏振分束器回到所述分束器；
另一路以第一偏振方向经过第三偏振分束器进入第二客户端，经由第二客户端的调节器件改变偏振方向后以第二偏振方向经过第三偏振分束器、第二偏振分束器进入第一客户端；经由第一客户端的调节器件改变偏振方向后仍以第一偏振方向经过第二偏振分束器回到所述分束器。
第一偏振控制装置、第二偏振分束器以及第三偏振分束器，优选采用偏振分束器。
第一偏振方向和第二偏振方向正交，一般情况下，一者为水平偏振方向，另一者为垂直偏振方向。
通过以上分析可知，每路以不同偏振方向进入第二客户端或第一客户端；即若以第一偏振方向进入第一客户端，则以第二偏振方向进入第二客户端；反之，若以第二偏振方向进入第一客户端，则以第一偏振方向进入第二客户端。
不仅如此，两路光信号在第二客户端或第一客户端内改变偏振方向后输出。
作为调制模块本身，可采用现有技术，例如包括依次对光信号进行处理的相位调制器和振幅调制器。
就光源端的光信号生成以及中继端对光信号的测量本身，可以采用现有技术的诸多形式，当然本发明也提供了优选的方式。
测量方式、测量值以及后续生成密钥的步骤和现有技术相同，将不再详述。
本发明还提供一种自稳相的测量设备无关的CV-QKD方法，光源端发送的光信号分为两路并以相反的传输方向进入环形光路，其中一路依次经过第一客户端和第二客户端，且在第二客户端进行调制；另一路经过第二客户端和第一客户端，且在第一客户端进行调制，两路光信号经调制并行经整个环形光路后进行干涉以及测量。
作为优选，光源端发送的光信号分为两路后，每路以不同偏振方向进入第二客户端和第一客户端；在第二客户端和第一客户端内改变偏振方向后输出。
本发明中两路来自光源端的光信号经过的光程完全相同，从而由光纤引起的相位偏移也完全相同。因此无需复杂的相位稳定装置就可以实现两路信号光相对相位的稳定。
附图说明
图1为现有技术中MDI CV-QKD系统的示意图；
图2为本发明实施例1中MDI CV-QKD系统的示意图；
图3为本发明实施例2中MDI CV-QKD系统的示意图；
图4a为本发明测量装置的示意图；
图4b为本发明另一种测量装置的示意图；
图5为本发明实施例3中MDI CV-QKD系统的示意图；
图6为本发明实施例4中MDI CV-QKD系统的示意图；
图7为本发明实施例5中MDI CV-QKD系统的示意图；
图8为本发明平衡零差测量装置的示意图。
具体实施方式
实施例1：
参见图2，本实施例中MDI CV-QKD系统包括：
光源端，具体包括可生成连续激光的激光器以及作为第一偏振控制装置的第一偏振分束器(PBS1)，PBS1可将接收连续激光并从透射端出射水平偏振(H)的激光。
其中，第一偏振控制装置也可采用偏振控制器(PC)或半波片(HWP)，都可以实现对出射光的偏振调制。
中继端，设有位于环形光路上的分束器(BS)，光源端发送的水平偏振光经由光纤环行器的其中一端口输入至分束器(BS)分为两路光信号以相反的方向进入环形光路；两路光信号分别行经整个环形光路后又从分束器(BS)返回并发生干涉，两种干涉结果(即分束器的两个输出端)经由第一支路和第二支路分别进入第一测量装置和第二测量装置，分别用于测量来自分束器两个输出端的的干涉结果；中继端内还设有接收第一测量装置和第二测量装置的测量结果并进行后处理的数据处理装置。光纤环行器设置在第一支路上用以切换光信号的传输方向。
第一客户端和第二客户端，环形光路中还设有第二偏振分束器(PBS2)和第三偏振分束器(PBS3)。第一客户端和第二客户端内均设有用于调制光信号的调制模块以及改变光信号偏振方向的调节器件。
其中来自光源端并经过分束器(BS)的两路光信号中：
其中一路透射经过第二偏振分束器进入第一客户端，经由发射端的调节器件改变偏振方向后反射经过第二偏振分束器、第三偏振分束器进入第二客户端；经由第二客户端的调节器件改变偏振方向后透射经过第三偏振分束器进入分束器；
另一路透射经过第三偏振分束器进入第二客户端，经由第二客户端的调节器件改变偏振方向后反射经过第三偏振分束器、第二偏振分束器进入第一客户端；经由第一客户端的调节器件改变偏振方向后透射经过第二偏振分束器进入分束器。
如果光源端的第一偏振分束器从反射端出射垂直偏振(H)的激光，则按相同道理在环形光路中传输。本实施例中第一客户端和第二客户端的内部也作为环形光路的一部分。
本实施例中MDI CV-QKD方法包括：
1.在光源端，激光器生成连续激光。连续激光经偏振分束器(PBS1)后，从透射端出射水平偏振(H)的激光。
2.经光纤1的传输，激光进入中继端。
3.连续激光经光纤环行器进入分束器(具体采用平衡分束器，BS)，经BS分成强度相同的两路。下面的叙述以其中一路(左路)光信号为例，另一路同理。
4.左路激光进入第二偏振分束器(PBS2)，由于其偏振为H因此直接透射。
5.左路透射激光经光纤2传输进入Alice端即第一客户端。
6.入射激光先经过偏振控制器(PC1)经行相应的偏振补偿，修正在光纤中长距离传输引起的偏振偏转。
7.激光经过相位调制器(PM1)和振幅调制器(AM1)，但此时两个仪器并不进行任何调制。
8.激光经法拉第旋转镜(FM)反射后，偏转由水平偏振(H)转变为垂直偏振(V)。
9.反射的激光再次经过AM1和PM1，此时依然不进行任何调制。
10.激光再次经过光纤2回到PBS2，但由于此时激光的偏振已经变为V，因此激光经PBS2后将被反射从而进入右侧。
11.激光进入第三偏振分束器(PBS3)，由于激光的偏振为V，因此此时激光依然被PBS3反射。
12.被反射的激光经光纤3传输后进入Bob端即第二客户端。
13.入射激光经第二偏振控制器(PC2)，进行相应的偏振补偿。
14.激光进入第二相位调制器(PM2)和第二振幅调制器(AM2)，此时对激光进行基于旁带的高斯编码调制，具体如下：
a.高斯调制信号由量子随机数发生器(QRNG)来产生。在激光以及后续的探测器中，存在明显的低频噪声。为了避免低频噪声对旁带的干扰，引入一个50MHz(此频率并无具体限定)的余弦波作为载波，从而对旁带的频率进行平移。
b.将高斯调制信号和载波进行混频，混频后的信号作为PM2的调制控制信号，从而同时完成旁带的频率平移以及旁带相位的高斯调制。同理，AM2也有相应的相同的一套调制装置，完成旁带振幅的高斯调制。
15.完成调制后的激光经法拉第旋转镜(FM)反射，偏振由V转变为H。
16.反射的激光经光纤3回到PBS3，由于偏振为H，此时激光直接透射并进入中继端。
17.上述为左路激光的流程，相应的右路激光的流程同理，且右路激光在进入第一客户端时才进行编码调制。同时在左右两路进入BS之前，其中一路经第三相位调制器(PM3)进行固定的π/2的相位调制，PM3在光信号由BS出射时对其不作调制。经过此相位调制，使得两路信号光相差π/2相位，保证在干涉时BS输出的两路干涉信号强度相差不大。
分束器(BS)与第二偏振分束器(PBS2)之间为第三支路，分束器(BS)与第三偏振分束器(PBS3)为第四支路，第三支路或第四支路上设有第三相位调制器(PM3)，完成编码调制后的光信号经由PM3时进行固定的π/2的相位调制。例如PM3位于第四支路上，则经由第二客户端完成编码调制后的光信号在PM3处进行固定的π/2的相位调制，然后再进入BS，而经由第一客户端完成编码调制后的光信号并不再经过PM3，而是通过第三支路进入BS。
18.经编码的左右两路激光重新回到BS处干涉。
19.干涉耦合形成的两路激光分别进入测量装置，先分别通过光电探测器(D1和D2)测量。
20.测量得到的信号先经过50MHz余弦载波的解调，从而将旁带的频率重新移回。
21.用低通滤波器(LPF)滤出旁带信号。
22.两路信号送入数据处理装置，对其进行数字采样。
23.将两路采样的数值分别进行相加和相减，得到新的值x-和x+。随后将两者进行组合，得到将γ的值通过经典通道向Alice或Bob一方公布。
24.Alice或Bob可以根据自己调制的相干态的值以及γ来推算另一方相干态的值；从而Alice和Bob之间拥有了一组关联的高斯变量。
25.Alice和Bob通过两者之间的经典通信通道比对一部分数据，估算安全码率；若安全码率大于0，则双方可以通过标准的CV-QKD(连续变量量子密钥分发)的纠错和隐私放大步骤来生成相应码率的安全密钥；若理论计算的安全码率小于0，则放弃此次通信。
实施例2：
参见图3，本实施例中MDI CV-QKD方法包括：
1.在光源端(即图中的脉冲生成装置)中采用相位调制光源，其包括相位制备激光器和脉冲制备激光器；
2.相位制备激光器生成长脉冲，且长脉冲的驱动电压不作任何调制以确保后续生成的短脉冲对之间的相位差为0。
3.通过光纤环形器1，长脉冲注入脉冲制备激光器，生成短脉冲对。每个注入的长脉冲生成一对短脉冲，且该对短脉冲之间的相位差为0。脉冲对之间的相位差是随机的。
4.生成的脉冲对重新经过光纤环形器1进入第一偏振分束器(PBS1)，在相应的PBS1透射端接收脉冲，接收到的是偏振为H(水平偏振)的脉冲。
5.完成偏振脉冲的制备后，脉冲通过光纤1进入中继端。经平衡分束器(BS)分束，脉冲分成相同的两列子脉冲进入左右两侧。下面以左边脉冲为例做说明。
6.脉冲进入第二偏振分束器(PBS2)。由于脉冲的偏振为H，因此直接透射。
7.脉冲经过光纤2进入Alice端，首先经第一偏振控制器(PC1)经行偏振补偿。
8.随后，依次经过可变光衰减器(VATT1)、第一相位调制(PM1)和第一振幅调制器(AM1)，但并不对脉冲进行调制。脉冲进法拉第旋转镜(FM)反射，偏振变为V(垂直偏振)并原路返回。
9.返回脉冲由于偏振的偏转，经PBS2反射，进入右侧。
10.脉冲进入第三偏振分束器(PBS3)，继续被反射。
11.反射脉冲经光纤3后进入Bob端。
12.脉冲经第二偏振控制器(PC2)经行偏振补偿。
13.Bob端对脉冲进行高斯编码，具体操作方式如下：
a.脉冲对经第二可变光衰减器(VATT2)后，对其信号脉冲进行大幅衰减使其进入AM2的调制范围内(预先选定每组脉冲对的前一个或后一个为信号脉冲，另一个为本振脉冲)，不对本振脉冲经行衰减且衰减后的信号脉冲远弱于本振脉冲；
b.通过第二相位调制器(PM2)和第二振幅调制器(AM2)对信号脉冲经行高斯调制。将调制后的量子态记为：|αA>＝|xA+ipA>。
14.编码后的脉冲经法拉第旋转镜(FM)反射，偏振重新变为H并原路返回。
15.返回脉冲经PBS3后透射，重新进入中继端以便完成测量。
16.和上述过程类似，步骤4中右边的脉冲也经过类似的操作，惟一不同的是经VATT1后，同时大幅衰减脉冲对中的两个脉冲。在Alice端完成编码后经PBS2透射进入中继端经行测量。(也可以保留右侧脉冲的本振脉冲而对左侧脉冲的本振脉冲做衰减。)
17.由于两路脉冲经历的路径是完全相同的，因此两路脉冲将同时进入中继段。经BS耦合，耦合后的两束脉冲分别进入测量装置1和测量装置2中进行测量(测量装置见图4a和图4b)。
进入测量装置1的信号脉冲是由Alice和Bob调制的信号脉冲经分束器耦合而成，其量子态为：经过相位调制器的π/2相位调制以后，经BHD测量得到
18.进入测量装置2的信号脉冲也经历类似的步骤，惟一不同的是无需相位调制。
进入测量装置2的耦合信号的量子态为：由于不经相位调制，经BHD测量得到
19.测量结果进入数据处理装置(一般为计算机)，在数据装置中根据每组测量结果(q-，p+)来计算得到中继将测量得到的Υ数值通过经典通信通道告知Alice或Bob。
20.根据等式(δ表示探测过程中的噪声)，Alice或Bob可以根
据自己调制的相干态的值以及Υ来推算另一方相干态的值；从而Alice
和Bob之间拥有了一组关联的高斯变量。
21.Alice和Bob通过两者之间的经典通信通道比对一部分数据(αA，αB，γ)，通过计算分布p(αA，αB，γ)来估算安全码率；若安全码率大于0，则双方可以通过标准的CV-QKD(连续变量量子密钥分发)的纠错和隐私放大步骤来生成相应码率的安全密钥；若理论计算的安全码率小于0，则放弃此次通信。
测量装置1和测量装置2参见图4a和图4b。
下面以测量装置1为例说明：
1.入射的脉冲包括信号脉冲和本振脉冲，先经过分束器(BS)分束。
2.反射脉冲经过由法拉第反射镜(FM)、光纤延时线和偏振分束器(PBS)构成的延时装置延时；两倍延时线的长度满足延时时间为本振脉冲和信号脉冲的时间差。由于法拉第反射镜的作用，脉冲的偏振由H变为V；随后脉冲经过半波片(HWP)，偏振重新变为H。
3.反射脉冲经过相位调制器(PM)，PM对脉冲做固定的π/2的相位调制，以保证后续测量信号脉冲的p分量。
4.两路脉冲进入平衡零差测量装置进行测量。
和测量装置1相比，测量装置2没有PM进行相位调制，因此其测量对应脉冲的x分量。
实施例3
参见图5，本实施例MDI CV-QKD方法包括：
1.激光器发出的连续脉冲经声光调制器(AOM)调制后形成激光脉冲。亦可直接选用脉冲激光。
2.脉冲经分束器(BS1)分束，其透射和反射比为1：99；透射的弱脉冲为信号脉冲，反射的强脉冲为本振脉冲。
3.信号脉冲经由光纤延时线、偏振分束器(PBS0)和法拉第旋转镜(FM)构成的延时装置延时，使其与相应的本振脉冲在时序上分离；也可以对本振脉冲进行延时。
4.本振脉冲和信号脉冲经分束器(BS2)耦合；BS2可以是平衡分束器(透射与反射比为50：50)；亦可选用非平衡分束器，此时要求透射率小于反射率，从而进一步增大信号脉冲和本振脉冲的强弱对比度。
本实施例的剩余步骤和实施例2相同，将不再详述。需要说明的是，此实施例中，测量装置1和测量装置2中的光纤延时线长度和脉冲生成装置中的光纤延时线长度相同。
实施例4
参见图6，本实施例中MDI CV-QKD方法中前面步骤和实施例2相同，不同之处在于步骤6中：激光脉冲进入Alice端后，先通过保偏分束器的H端进入；随后脉冲经过各调制装置，同样各调制装置此时并不进行调制；脉冲经保偏光纤回到保偏分束器并进入其V端口，使脉冲偏振从H转变为V。即用保偏分束器代替法拉第旋转镜来完成偏振的转变，相应的Bob端也采用和Alice端一样的仪器并进行类似的操作。
保偏分束器之后的光纤为保偏光纤，装置其余部分为单模光纤。
本实施例其余步骤和实施例2相同，就不再详述。
实施例5
参见图7，本实施例中MDI CV-QKD系统和实施例3相比，采用实施例4中的方式，用保偏分束器取代原有的法拉第旋转镜来达成偏振旋转的效果。
具体步骤参见实施例3和实施例4的相应部分，此处不再详述。
平衡零差测量装置
本发明采用的平衡零差测量装置BHD结构见图8。
主要由一个平衡光分束器(BS，分束比50：50)和两个相同的高性能光电探测器(D1和D2构成)。而输出的则是两路探测得到的光电流之间的差值。通过对本振光的相位调制，可以通过差值电流来确定信号光量子态中的x或p值。
以上公开的仅为本发明的实施例，但是本发明并非局限于此，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。显然这些改动和变型均应属于本发明要求的保护范围保护内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何特殊限制。
Claims (10)
1.一种自稳相的测量设备无关的CV-QKD系统，包括光源端、第一客户端、第二客户端以及中继端，其特征在于，所述第一客户端和第二客户端布置在环形光路上，光源端发送的光信号分为两路并以相反的传输方向进入所述环形光路，其中一路在第一客户端调制，另一路在第二客户端调制，两路光信号分别行经整个环形光路后进入中继端进行测量，客户端根据中继端的测量结果协商生成安全密钥。
2.如权利要求1所述的自稳相的测量设备无关的CV-QKD系统，其特征在于，所述中继端设有位于所述环形光路上的分束器，所述光源端发送的光信号经由该分束器分为两路光信号、并以相反的传输方向进入环形光路。
3.如权利要求2所述的自稳相的测量设备无关的CV-QKD系统，其特征在于，所述两路光信号中，其中一路依次经过第一客户端和第二客户端，且在第二客户端进行调制；另一路依次经过第二客户端和第一客户端，且在第一客户端进行调制，两路光信号经调制并行经整个环形光路后回到所述分束器干涉并对干涉信号进行测量。
4.如权利要求3所述的自稳相的测量设备无关的CV-QKD系统，其特征在于，所述中继端内设置第一测量装置和第二测量装置，分别用于测量来自所述分束器两个输出端的干涉信号光；
所述中继端内还设有接收所述第一测量装置和第二测量装置的测量结果并对其进行后处理的数据处理装置。
5.如权利要求4所述的自稳相的测量设备无关的CV-QKD系统，其特征在于，所述分束器与第一测量装置和第二测量装置分别通过第一支路和第二支路相连，在其中一支路上设有光纤环行器，所述光源端发送的光信号经由该光纤环行器的其中一端口输入至所述分束器。
6.如权利要求5所述的自稳相的测量设备无关的CV-QKD系统，其特征在于，所述光源端内设有第一偏振控制装置，用以调整光源端发送的光信号的偏振方向，在所述环形光路中还设有：
第二偏振分束器，用于依据光信号的偏振方向控制进出第一客户端的光信号走向；
第三偏振分束器，用于依据光信号的偏振方向控制进出第二客户端的光信号走向；
在所述第一客户端和第二客户端内均设有用于调制光信号的调制模块以及改变光信号偏振方向的调节器件。
7.如权利要求6所述的自稳相的测量设备无关的CV-QKD系统，其特征在于，来自光源端并经过所述分束器分束得到的两路光信号中：
其中一路以第一偏振方向经过第二偏振分束器进入第一客户端，经由发射端的调节器件改变偏振方向后以第二偏振方向经过第二偏振分束器、第三偏振分束器进入第二客户端；经由第二客户端的调节器件改变偏振方向后仍以第一偏振方向经过第三偏振分束器回到所述分束器；
另一路以第一偏振方向经过第三偏振分束器进入第二客户端，经由第二客户端的调节器件改变偏振方向后以第二偏振方向经过第三偏振分束器、第二偏振分束器进入第一客户端；经由第一客户端的调节器件改变偏振方向后仍以第一偏振方向经过第二偏振分束器回到所述分束器。
8.如权利要求7所述的自稳相的测量设备无关的CV-QKD系统，其特征在于，所述调节器件为法拉第旋转镜，光信号在第一客户端或第二客户端的内部通过该法拉第旋转镜折返。
9.如权利要求7所述的自稳相的测量设备无关的CV-QKD系统，其特征在于，所述调节器件为保偏分束器，光信号通过该保偏分束器进出第一客户端或第二客户端。
10.一种自稳相的测量设备无关的CV-QKD方法，其特征在于，光源端发送的光信号分为两路并以相反的传输方向进入环形光路，其中一路依次经过第一客户端和第二客户端，且在第二客户端进行调制；另一路经过第二客户端和第一客户端，且在第一客户端进行调制，两路光信号经调制并行经整个环形光路后进行干涉以及测量。
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