CN108432177A - 具有偏振和频分多路复用的片上连续变量量子密钥分发系统 - Google Patents

具有偏振和频分多路复用的片上连续变量量子密钥分发系统 Download PDF

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Abstract

在某些示例实施例中，提供一种装置。所述装置可以包括移频器，其被配置为将参考信号移位到光谱的这样的部分：该部分与正在由感兴趣的信号使用的所述光谱的另一部分分离；以及偏振旋转器，其被配置为提供由所述偏振旋转器移位和旋转后的所述参考信号。所述装置还可以包括调制器，其被配置为使用能从中导出量子密钥信息的相干状态信息来调制所述感兴趣的信号。还公开相关系统、方法、以及制品。

Description

具有偏振和频分多路复用的片上连续变量量子密钥分发系统
技术领域
在此描述的主题涉及量子密钥分发。
背景技术
量子密钥分发指使用量子力学来产生和分发加密密钥。在量子密钥分发系统中，双方可以产生只有双方知道的共享随机密钥，并且该共享随机密钥可以用于对消息进行加密和解密。在量子密钥分发系统中，双方可以检测观察密钥或试图检测密钥存在的第三方的存在。因为量子力学发现对密钥的观察会干扰密钥，所以第三方对密钥的观察/窃取会干扰密钥，并且因此引入可检测的异常。
发明内容
在某些示例实施例中，提供一种装置。所述装置可以包括：分束器，其包括分束器输入端、分束器第一输出端、以及分束器第二输出端，其中所述分束器输入端被配置为接收激光脉冲，其中所述分束器第一输出端提供参考信号，并且所述分束器第二输出端提供感兴趣的信号；移频器，其包括移位器输入端和移位器输出端，其中所述移位器输入端耦合到所述分束器第一输出端，其中所述移频器将所述参考信号移位到光谱的这样的部分：该部分与正在由所述感兴趣的信号使用的所述光谱的另一部分分离，其中所述移位器输出端包括移位后的参考信号；以及偏振旋转器，其包括第一旋转器输入端、第二旋转器输入端、以及旋转器输出端，其中所述第一旋转器输入端接收所述移位后的参考信号，其中所述第二旋转器输入端接收感兴趣的信号，并且其中所述旋转器输出端包括由所述偏振旋转器移位和旋转后的所述参考信号。
在某些变型中，在此公开的包括以下特性的一个或多个特性可以可选地包括在任何可行的组合中。所述偏振旋转器可以包括偏振旋转器组合器。所述旋转器输出端可以进一步包括所述感兴趣的信号。所述装置可以进一步包括调制器，其被配置为使用能从中导出量子密钥信息的相干状态信息来调制所述感兴趣的信号。所述调制器可以包括同相和正交分量调制器和/或强度和相位调制器。所述旋转器输出端可以提供光信号，所述光信号承载所述参考信号和使用所述相干状态信息调制的所述感兴趣的信号。所述相干状态信息可以包括第一随机数X以及第二随机数P，其中第一和第二随机数选自具有零平均值和预定义方差的连续高斯分布。所述装置可以进一步包括激光二极管，其耦合到所述分束器输入端。所述装置可以进一步包括脉冲调制器，其耦合到所述激光二极管和所述分束器输入端。所述装置可以进一步包括第一检测器，其被配置为测量所述感兴趣的信号；以及第二检测器，其被配置为测量所述参考信号。所述参考信号可以包括局部振荡器信号。所述移频器可以包括电-光调制器。
在某些示例实施例中，提供一种装置。所述装置可以包括：偏振分离器旋转器，其包括旋转器输入端、第一旋转器输出端、以及第二旋转器输出端，其中所述旋转器输入端被配置为接收包括感兴趣的信号和参考信号的光束，其中所述偏振分离器旋转器旋转所述感兴趣的信号和/或所述参考信号的偏振，其中所述第一旋转器输出端提供所述感兴趣的信号，并且所述第二旋转器输出端提供所述参考信号；以及移频器，其包括移位器输入端和移位器输出端，其中所述移位器输入端耦合到所述第二旋转器输出端，其中所述移频器将所述参考信号的频率移回以便考虑由发送器引起的频移，其中所述移位器输出端包括被移位以便去除所述发送器引起的频移的所述参考信号。
在某些变型中，在此公开的包括以下特性的一个或多个特性可以可选地包括在任何可行的组合中。所述装置可以进一步包括光学零差检测接收器，其被配置为接收来自所述第一旋转器输出端的所述感兴趣的信号，其中所述感兴趣的信号承载相干状态信息，其中所述光学零差检测接收器测量X或P正交以便提供量子密钥信息。所述光学零差检测接收器可以包括90度光学混合器，所述90度光学混合器耦合到至少一个平衡检测器和至少一个可变衰减器。所述光学零差检测接收器可以包括可调分束器，所述可调分束器耦合到至少一个平衡检测器和至少一个可变衰减器。所述移频器可以包括电-光调制器。
取决于所需配置，可以以系统、装置、方法、和/或计算机可读介质实现上述方面和特性。在附图和下面的描述中给出在此描述的主题的一个或多个变型的细节。在此描述的主题的特性和优点将从描述和附图、以及权利要求中显而易见。在某些示例性实施例中，还可以做出一个或多个变型中，如在下面的详细描述中和/或以下特性中描述的那样。
附图说明
在附图中，
图1示出根据某些示例实施例的用于连续变量量子密钥分发的系统的一个示例；
图2示出根据某些示例实施例的用于连续变量量子密钥分发的发射器光子集成电路的一个示例；
图3示出根据某些示例实施例的用于连续变量量子密钥分发的接收器光子集成电路的一个示例；
图4示出根据某些示例实施例的用于连续变量量子密钥分发的发射器光子集成电路的另一个示例；
图5和6示出根据某些示例实施例的接收器的额外示例；
图7示出根据某些示例实施例的用于发射器处的移频器的驱动信号的图的一个示例；
图8示出根据某些示例实施例的用于接收器处的移频器的驱动信号的图的一个示例；
图9示出根据某些示例实施例的光子泄漏和与激光脉冲宽度相关的所需最大电压的图；以及
图10示出根据某些示例实施例的装置的一个示例。
相同的标号用于指附图中的相同或类似的项。
具体实施方式
可以使用连续变量量子密钥分发(CV-QKD)技术以光学方式(例如通过光纤或自由空间)分发密钥。但是，CV-QKD的某些实现依赖于分离光学组件，而不是集成光子电路。当与集成光子电路相比时，CV-QKD的分离光学组件实现可能对温度变化(例如，分离设备的容器附近的不均匀气流)、振动、以及背景电磁辐射敏感，所有这些会对CV-QKD系统的噪声水平产生负面影响。此外，当与庞大的分离光学组件系统实现相比时，使用集成光子电路的CV-QKD实现对于移动和/或手持设备可能更实用。
在某些示例实施例中，在此公开的主题可以涉及用于量子加密的集成光子芯片电路，其根据基于CV-QKD协议的系统。在CV-QKD中，可以经由弱激光通过经调制的弱相干状态(或压缩状态)承载量子信号(Signal)。在CV-QKD的接收器侧，可以使用光学相干零差检测技术，通过混合量子信号和参考信号(例如局部振荡器(LO))来检测量子信号。这产生相关随机数据，可以从中导出原始密钥材料/信息。
在零差检测(其可以在CV-QKD中采用)中，可能需要两个光信号(例如Signal和LO)之间的良好干涉。当Signal和LO作为两个单独光束传播时，使这种干涉稳定可能有问题。
在某些示例实施例中，可以存在用于光子芯片的连续变量量子密钥分发(CV-QKD)实现，从而使Signal和LO能够由同一光束承载，方式为：对LO进行频移以使得其频谱不与Signal重叠或干涉，并且旋转LO的偏光性以使得其与Signal的偏光性不同。
例如，LO可以在频率上进行移位，并且然后在偏振上旋转90度以便提供与Signal的分离。这样，可以经由例如自由空间或光纤，通过单个光束承载LO和Signal。在接收器处，LO可以与传入光信号分离，并且然后被旋转和移回以便提供原始LO。对于单个光束载体，干涉可以本质上是鲁棒的，这可导致更好的信号检测。此外，当Signal和LO通过单个光束传播时，大气相位波动(其可能在自由空间传播期间发生)可能是自补偿的。
在提供关于在此公开的偏振旋转和频移的额外细节之前，以下示出根据某些示例实施例的能够在集成光子芯片电路中实现的一种示例CV-QKD协议。
在CV-QKD中，可以使用只能以连续变量描述的量子状态来承载密钥信息。CV-QKD协议的一个示例实现是高斯调制相干状态(GMCS)协议。
在GMCS协议中，Alice(其指发送用户设备)可以在具有零平均值和预定义方差VA的连续高斯分布内生成两个随机数X和P。相干激光脉冲(如弱相干激光脉冲)可使用调制器来生成，并且可编码有状态|X+iP>。编码有该状态的弱相干激光脉冲是感兴趣的信号(在此也被称为Signal)。Alice经由激光脉冲将该状态与强参考信号(例如局部振荡器(LO))一起发送到Bob(其指接收用户设备)。在接收器侧，Bob可以使用例如光学零差检测，随机地测量弱相干状态的X或P正交，然而也可以同时测量X和P正交。这产生相关随机数据，可以从中导出原始密钥材料/信息。
接下来，Bob向Alice通知Bob针对测量选择的正交。这被称为逆向协调协议，其可以比在低通道传输效率下的直接协调更有效。直接协调指当Alice向Bob通知正交时的情况。Alice和Bob现在各自具有(或共享)一组相关高斯变量，它们形成密钥信息。可能需要Alice与Bob之间在经认证的开放通道上的后续通信以便评估通道参数(例如通信的噪声水平)，并且可能需要基于这些通道参数进一步导出安全密钥。
在某些示例实施例中，集成光子芯片CV-QKD电路可以包括光发射器(例如，用于Alice)和/或光接收器(例如，用于Bob)。
图1示出根据某些示例实施例的系统100的一个示例。系统100可以包括第一用户设备110(标记为Alice)，其可以进一步包括控制电子设备112以便控制和/或驱动光子芯片电路114以经由自由空间或光纤107进行发送。系统100可以进一步包括第二用户设备160(标记为Bob)。第二用户设备160可以包括控制电子设备162以便控制/驱动光子芯片164以经由光纤107进行接收。QKD系统可能需要通道105(标记为经典通道)以便提供密钥协调(例如，Bob可以使用该通道向Alice通知关于他测量的正交、噪声水平等)和/或错误纠正(例如，Alice还可以在通道105上交换错误纠正信息)。
尽管Alice/用户设备110在此处描述的某些示例中被描述为发送器/发射器，但Alice/用户设备110还可以包括接收器。此外，尽管Bob/用户设备160在此处描述的某些示例中被描述为接收器，但Bob/用户设备160还可以包括发送器/发射器。
用户设备110和160可以是移动的和/或便携的，然而也可以使用固定实现。根据某些示例实施例，光子芯片114和164可以根据CV-QKD协议来处理光信号。可以由控制电路112和/或控制电路162提供额外驱动和/或控制电路。控制电路112的多个部分可以在与光子芯片114相同或不同的芯片上实现，并且控制电路162的多个部分可以在与光子芯片164相同或不同的芯片上实现。用户设备110和160中的每一者可以包括(或者耦合到)随机数发生器，例如量子随机数发生器。用户设备110和160中的每一者可以包括(或者耦合到)中央处理单元(CPU)。CPU可以提供对用户设备110/160的控制，并且能够执行具有参数分析和密钥生成的CV-QKD协议。
在某些示例实施例中，如上所述，可以提供集成光子芯片，其包括偏振和频移(例如，多路复用)以便实现CV-QKD协议。当使用这种组合的偏振和频移/多路复用时，在某些实现中LO与Signal之间的消光比(extinction ratio)可能仍然非常高，并且从LO到Signal的光子泄漏可能降低到非常低的水平。
在某些示例实施例中，如上所述，使用偏振和频分多路复用(例如，频移)的组合，Signal和LO可被分离并且因此由单个公共光束来承载。
在某些示例实施例中，发射器和接收器均包括移频器。在发射器侧(例如，发送器)，在某些示例实施例中，移频器可以将LO的光频率移位固定量Δf(例如，100MHz，然而也可以实现其它移位值)。移位值可以取决于移频器的电压调制器斜坡率。可以选择频移，以使得足以将LO的频谱与Signal的频谱相分离。此外，根据某些示例实施例，可以使用偏振旋转器组合器(PRC)来分离LO和Signal偏振。例如，PRC可以旋转LO的偏振，以使得LO和Signal具有正交偏振，并且PRC然后可以组合LO和Signal。因此，单个光束可以在不同频带和不同偏振下承载LO和Signal。
在接收器侧，根据某些示例实施例，可以根据偏振分离所接收的光信号或脉冲。例如，偏振分离器旋转器(PSR，例如，耦合到偏振旋转器的偏振分束器)可以分离LO和Signal。LO脉冲的频率然后可以被移回固定量Δf(例如，100MHz，然而也可以实现其它移位值)，以便将LO移回到其原始光学中心频率，该频率可以与Signal脉冲的光学中心频率相同或类似。在偏振组合和分离过程中从LO到Signal的任何光子泄漏可能具有非重叠频谱，因此它可能不干涉Signal(并且因此不会对零差检测中的噪声产生影响)。泄漏可能由光学元件的有限消光比(其范围从20到40dB)导致。例如，它是使分束器或光纤偏振中的两个偏振的串音水平的指标。通过偏振旋转和频移来分离LO和Signal可以减少不必要的泄漏。
图2示出根据某些示例实施例的发射器200的一个示例。发射器200可以在光子芯片电路114处被用作Alice的发射器，然而发射器还可以包括在光子芯片电路164中以便使能在用户设备160处向用户设备110的发送。
发射器200可以包括激光二极管205、激光脉冲调制器210、一个或多个分束器230A-C(标记为BS)、可变衰减器260、同相和正交分量(I和Q)调制器265、光电二极管检测器272A和272B、移频器299、以及偏振旋转器组合器285。
根据某些示例实施例，可以以多种方式提供频移。在某些示例实施例中，移频器299可以被实现为电-光调制器(EOM)。例如，当光脉冲经过电-光调制器时，可以向电-光调制器施加电信号(例如线性变化的电压)。该电压可能在时域中导致连续相移，并且因此在频域中导致固定移位。此外，电压斜坡率可以确定频率移位多少。对于固定频率变化，电压必须在光脉冲的持续时间内保持线性增大或减小，如下面针对图7-8进一步描述的那样。
在某些示例实施例中，LO 290可以在移频器299处被频移，以便提供与Signal 292的频率分离。
在某些示例实施例中，偏振旋转器组合器285可以旋转LO 290或Signal 292的偏振，以使得两个信号的偏振正交。此外，偏振旋转器组合器285然后可以组合LO 290或Signal 292，以便使这两个信号能够由同一光载体承载。
尽管在此公开的某些示例涉及使LO旋转和移位，但Signal也可以被旋转和移位。此外，LO可以被移位并且Signal可以被旋转，和/或Signal可以被移位并且LO可以被旋转。
激光二极管205可以生成由脉冲调制器210调制的激光脉冲，以便提供具有给定强度、脉冲长度、以及重复率的激光脉冲。例如在CV-QKD协议的情况下，对于0.5纳秒(ns)的脉冲宽度，由脉冲调制器210输出的脉冲强度可以在大约107到108个光子/脉冲的范围内，然而也可以实现其它值。此外，对于1550纳米(nm)激光，激光二极管205的光功率可以在大约2.5到25毫瓦(mW)的范围内，然而也可以使用其它功率和/或波长。在图2的示例中，脉冲调制器210可以在1GHz的频率下工作，然而也可以使用其它速率。尽管图2的示例涉及脉冲调制器210，但还可以直接以脉冲模式驱动激光二极管205。在这种情况下，可以从图2的发射器200中省略脉冲调制器210。
发射器200可以包括分束器230A以便提供光信号路径、LO路径和Signal路径，在所述路径中能够生成LO 290和Signal 292。
如图2中所示，分束器230A的输出端可以耦合到可变衰减器260、I和Q调制器265、以及分束器230C，分束器230C具有耦合到检测器272B的第一输出端和耦合到偏振旋转器组合器285的第二输出端。I和Q调制器265可以使用所需X和P正交来调制Signal脉冲，如上所述。可以从具有零平均值和预定义方差VA的高斯分布中针对每个脉冲随机选取X和P值。该路径表示Signal路径，如上所述。
分束器230A的输出端可以耦合到分束器230B，分束器230B的输出端耦合到检测器272A和移频器299。移频器299可以耦合到偏振旋转器组合器285。该路径表示LO路径，如上所述。
偏振旋转器组合器(PRC)285可以将Signal 292和LO 290组合成单个光波导以便经由光纤、自由空间等发送。如上所述，偏振旋转器组合器285可以将其中一个输入(例如，Signal 292或LO 290)的偏振旋转90度，并且然后将两个输入(例如，Signal 292和LO 290)组合成单个输出。尽管在此描述的某些示例涉及执行旋转和组合的PRC，但也可以实现与组合器分离的旋转器。
分束器230A-C可以是固定或可调分束器。分束器可以被实现为固定定向耦合器以便分离激光的一部分(例如，10％，然而也可以实现其它值)。检测器272A(其耦合到分束器230B的输出端)和检测器272B(其耦合到分束器230C的输出端)可以用于监视LO的功率(通过检测器272A)和Signal的功率(通过检测器272B)。所监视的功率可以在296A或296B处被提供为反馈，以便控制激光二极管210、脉冲调制器210、和/或分束器230A的功率。
图3示出根据某些示例实施例的接收器300的一个示例。接收器300可以在光子芯片电路164处被用作接收器，然而接收器还可以包括在光子芯片电路114中以便使能在用户设备110处进行接收。根据某些示例实施例，接收器300芯片可以与CV-QKD协议结合使用。
接收器300可以包括偏振控制器305。偏振控制器305可以纠正由光通道(例如自由空间或光纤)导致的偏振漂移。
在某些示例实施例中，接收器300可以包括偏振分离器旋转器310(PSR)，其被配置为根据LO和Signal的偏振来分离LO和Signal。例如，PSR 310可以包括提供两个光信号的分离器，并且可以进一步包括光旋转器以便旋转信号，因此它们不再正交(例如以便去除在发射器200处引起的旋转)。
在LO路径上，接收器可以进一步包括移频器312以便去除在发射器200处引起的频移。例如，频移可以将LO信号移位由移频器299提供的频率偏移。相位调制器314可以用于(随机)应用0或90度的相位值，以便测量Signal的对应X或P正交。分束器316(BS 1)可以分离相位调制器输出的一部分，以使得一部分可以作为输入提供给检测器318，并且另一部分作为输入提供给分束器325。检测器318可以用于测量由Alice生成和发送的LO上的同步信号。同步信号可以用于指示Alice与Bob之间的量子通信会话的开始和停止。检测器318还可以监视任何可疑信号和/或LO中的变化，以便检测可能的窃取。
在Signal路径上，分束器325和检测器330A-B可以提供零差检测。例如，分束器325可以用于混合LO和Signal，并且分束器325的输出端可以耦合到光电二极管检测器330A-B(标记为平衡检测器)。可以获得平衡检测器的差，并且然后将其馈入放大器系统340以便进一步处理。
图4示出根据某些示例实施例的发射器400的另一个示例。发射器400在某些方面可以类似于发射器200，但可以包括如下所述的额外特性。
发射器400可以包括分束器405，其耦合到脉冲调制器210的输出端。分束器405可以提供光信号以便通过LO路径和Signal路径进行处理。
LO路径可以包括分束器407，其提供耦合到用于监视LO的功率的检测器410的第一输出端。所监视的功率可以被反馈到激光二极管、脉冲调制器、和/或分束器407。根据某些示例实施例，分束器407还可以包括耦合到偏振补偿器412的第二输出端。在图4的示例中，偏振补偿器412包括双轨偏振器，其能够针对预计在经由光通道(例如自由空间或光纤)的发送期间遇到的任何偏振变化提供先验补偿。
偏振补偿器412的输出可以用作移频器414的输入，移频器414的输出可以用作偏振旋转器组合器420的输入。如上所述，移频器414可以移位LO信号，以使得其频率不与Signal重叠。移位后的LO的偏振然后可以被旋转，以使LO和Signal的偏振正交。
Signal路径可以包括I和Q调制器，例如强度和相位调制器430，其可以接收分束器405的输出。在图4的示例中，强度和相位调制器430可以生成Signal。例如，根据某些示例实施例，X和P值可以根据CV-QKD协议转换为强度和相位信息。强度相位调制器430可以包括振幅调制器和相位调制器，以便提供强度和针对相位的相位调制。
强度和相位调制器430可以将其输出提供给分束器432。分束器432的输出可以由检测器434检测，检测器434能够用于监视功率并且向激光二极管、脉冲调制器、和/或其它组件提供反馈。分束器432的另一个输出可以被提供为到偏振补偿器412的输入，在该示例中偏振补偿器412是双轨偏振补偿器。偏振补偿器的信号输出端然后可以耦合到偏振旋转器组合器420，偏振旋转器组合器420旋转LO和/或Signal的偏振，从而提供例如LO与Signal之间的90度偏振差。偏振旋转器组合器420然后可以组合LO和Signal，以便经由光纤或自由空间发送。
可以采用双轨偏振补偿器412来预补偿发送路径上的偏振变化。偏振补偿器412的一个示例是马赫-曾德尔干涉仪偏振补偿器。
此外，图4示出一个或多个组件可以位于芯片450外部以便减少热量、使能使用其它技术等。
图5示出根据某些示例实施例的接收器500的另一个示例。接收器500在某些方面可以类似于接收器300，但可以包括如下所述的额外特性。
PSR 510可以将所接收的输入信号分成两个光信号，一个用于LO路径并且另一个用于Signal路径。PSR 510可以提供偏振旋转以便例如去除由发射器引起的偏振旋转。
在LO路径上，可以将PSR的输出提供给移频器512，移频器512可以将LO的频率移回在发射器处引起的量。在某些示例实施例中，可以将移频器的输出提供给偏振补偿器514，偏振补偿器514可以补偿在发送期间由光通道引起的偏振变化。偏振补偿器的输出端可以进一步耦合到相位调制器516，相位调制器516的输出被提供给分束器518。可以将分束器518输出的一部分提供给时钟和监视器检测器520以便监视LO的功率。
在Signal路径上，也可以将PSR的输出提供给偏振补偿器514。在该示例中，偏振补偿器514是双轨偏振补偿器，其被配置为补偿由光通道本身导致的任何偏振。
可以将分束器518输出的一部分提供给分束器525，分束器525耦合到可变衰减器528A-B和检测器530A-B。分束器525可以提供混频器，而可变衰减器528A-B和检测器530A-B提供零差检测器。可变衰减器528A-B使能进行调整，以便考虑分束器或其它组件沿着LO或Signal路径的任何制造缺陷。可以获得平衡检测器530A-B的差异，并且然后将其馈入放大器系统540以便进一步处理。
图6示出根据某些示例实施例的接收器600的另一个示例。接收器600在某些方面可以类似于接收器500，但可以包括额外特性。
根据某些示例实施例，接收器600可以包括90度光学混合器630以及两对平衡检测器640A-B和642A-B。90度光学混合器630可以作为4x4多模干涉(MMI)耦合器在芯片上实现。每对平衡检测器可以类似于上面针对图5描述的平衡检测器。在图6的示例中，在LO路径上可能不需要相位调制器，因为两对平衡检测器(在90度光学混合之后)可以同时测量X和P正交。在测量了X和P两者后，可以相应地修改CV-QKD协议中的参数评估和密钥提取算法。可以采用四个可变衰减器来补偿4x4MMI耦合器的分束比的不完美性。四个可变衰减器还可以补偿从LO到Signal的任何不希望的光泄漏。
图7示出根据某些示例实施例的向在例如299(图2)处提供光学移频器的EOM施加的驱动信号的一个示例。可以向提供在此公开的移频器的EOM施加线性斜升电压710。对于给定光脉冲705，线性斜坡信号710可以不断增大以便提供固定频移。对于例如Δf＝100MHz的固定频移和Vπ＝3V，电压斜坡率可以被计算为Vr＝2*Δf*Vπ＝6×108伏特/秒(V/s)。对于10纳秒(ns)长的脉冲，所需的最大电压Vm可以是大约6伏特(V)。
在某些示例实施例中，激光二极管的频谱宽度可以远小于由移频器提供的所需频移。此外，在发射器处，例如来自激光二极管205的连续波(CW)激光信号可以被脉冲调制器210调制成诸如705之类的脉冲。用于该脉冲调制器的驱动电压脉冲的形状、以及所得到的激光脉冲的形状可以基于其电压和光强度关系来被配置。在图7的下部以及图8的805处示出时域中的高斯形状的光脉冲705的示例。图8示出接收器侧的驱动信号810。
时域中的高斯脉冲还可以在频域中具有高斯形状的频谱，并且因此能够容易地确定光子泄漏。对于例如给定Nleak(l指示从LO泄漏到Signal的光子)要求，当使用具有固定电压斜坡率的频移时，可能需要同时考虑两个参数，即相位调制所需的电压以及脉冲的时间和频谱宽度。
图9示出与激光脉冲宽度912和914相关的所需最大电压Vm。线910示出由于频谱重叠而从LO到Signal的光子泄漏Nleak。对于大约0.1的目标Nleak，可能需要大约14伏特(V)的Vm来覆盖激光脉冲长度(全宽半最大值处的9ns)的3σ(23纳秒(ns)调制时间)范围，这可能覆盖99.7％的激光脉冲强度。该电压范围可以分布在-7到7伏特之间。
还可以确定时域中的纯方形激光脉冲的脉冲宽度要求，并且结果可以是大约0.1的预期Nleak需要18ns的时间宽度。在这种情况下，可以将最大电压Vm指定为11V。仍然可以实现具有最小频移电压的时域中更合适的脉冲形状的优化。
接收器芯片处的移频器的电压斜坡率可能需要与发射器侧的移频器的电压斜坡率相反，如图8中所示。频率可能需要被移回相同的量，以便恢复频率在发射器芯片上调制之前的频率原始值。可能需要在通信双方之间预先约定该移位Δf。发射器和接收器芯片两者的计时抖动可以远小于电压调制所需的时间(其应大于激光脉冲的时间宽度)，该时间例如为1-2ns。如果通过增大Vm来缩短相位调制的斜坡时间，则该要求可以略为放松。
因为在某些实现中激光脉冲宽度可以是大约15-25ns，所以根据上述计算，在该示例中CV-QKD系统的时钟速率可以在10-20MHz的范围内运行，以便在相邻激光脉冲之间留出足够的干净空间。Vm的进一步减小(或者增大移位后的频率范围Δf)和系统时钟速率的增大可以通过以下方式实现：使用经优化的激光脉冲形状进一步优化；在芯片上具有增大的调制长度的调制器几何形状；和/或在CV-QKD系统中较低信噪比下的更有效的错误纠正。与0.1(其在上面的示例计算中使用)相比，所需的Nleak可以潜在地在1-100的范围内(信噪比在大约10-0.1的范围内)。
图10示出根据某些示例实施例的装置1000的一个示例。装置1000可以包括用户设备，例如智能电话、蜂窝电话、可佩带式无线电设备、和/或任何其它基于无线电的设备，包括例如无线接入点/基站。
在某些示例实施例中，装置1000还可以包括到蜂窝网络、或者其它无线网络的无线电通信链路。装置1000可以包括与发送器14和接收器16通信的至少一个天线12。备选地，发送和接收天线可以是分开的。
在某些示例实施例中，发送器14可以包括集成光子芯片电路，其用于提供基于CV-QKD协议的发送，如在此公开的那样。例如，可以在发送器14中包括光子芯片114、发射器200、和/或发射器400。
在某些示例实施例中，接收器16可以包括集成光子芯片电路，其用于提供基于CV-QKD协议的接收，如在此公开的那样。例如，可以在接收器16中包括光子芯片164、接收器300、接收器500、和/或接收器600。
装置1000还可以包括处理器20，其被配置为分别提供去往和来自发送器和接收器的信号，并且控制装置的运行。处理器20可以被配置为通过经由去往发送器和接收器的电导线产生控制信令来控制发送器和接收器的运行。同样，处理器20可以被配置为通过经由将处理器20连接到其它元件(例如显示器或存储器)的电导线产生控制信令来控制装置1000的其它元件。处理器20例如可以以多种方式实现，这些方式包括电路、至少一个处理核心、具有随附数字信号处理器(多个)的一个或多个微处理器、没有随附数字信号处理器的一个或多个处理器、一个或多个协处理器、一个或多个多核处理器、一个或多个控制器、处理电路、一个或多个计算机、包括集成电路(例如，专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)等)的各种其它处理元件、或者它们的某种组合。装置1000可以包括位置处理器和/或接口以便获得位置信息，例如定位和/或导航信息。因此，尽管被示出为单个处理器，但在某些示例实施例中，处理器20可以包括多个处理器或处理核心。
根据适用蜂窝系统的空中接口标准、和/或任何数量的不同有线或无线联网技术(包括但不限于Wi-Fi、诸如电气与电子工程师学会(IEEE)802.11、802.16之类的无线本地接入网络(WLAN)技术等)，由处理器20发送和接收的信号可以包括信令信息。此外，这些信号可以包括语音数据、用户生成的数据、用户请求的数据等。
装置1000能够使用一个或多个空中接口标准、通信协议、调制类型、接入类型等工作。例如，装置1000和/或其中的蜂窝调制解调器能够根据各种第一代(1G)通信协议、第二代(2G或2.5G)通信协议、第三代(3G)通信协议、第四代(4G)通信协议、网际协议多媒体子系统(IMS)通信协议(例如，会话发起协议(SIP))等工作。例如，装置1000能够根据2G无线通信协议IS-136、时分多址TDMA、全球移动通信系统GSM、IS-95、码分多址CDMA等工作。此外，装置1000例如能够根据通用分组无线业务(GPRS)、增强型数据GSM环境(EDGE)等2.5G无线通信协议工作。此外，装置1000例如能够根据诸如通用移动电信系统(UMTS)、码分多址2000(CDMA2000)、宽带码分多址(WCDMA)、时分同步码分多址(TD-SCDMA)之类的3G无线通信协议工作。装置1000另外能够根据诸如长期演进(LTE)、演进型通用陆地无线电接入网络(E-UTRAN)之类的3.9G无线通信协议工作。此外，装置1000例如能够根据诸如高级LTE之类的4G无线通信协议以及可能随后开发的类似无线通信协议工作。
应该理解，处理器20可以包括用于实现装置1000的音频/视频和逻辑功能的电路。例如，处理器20可以包括数字信号处理器设备、微处理器设备、模数转换器、数模转换器等。可以根据这些设备的相应能力在它们之间分配装置1000的控制和信号处理功能。处理器20另外可以包括内部语音编码器(VC)20a、内部数据调制解调器(DM)20b等。此外，处理器20可以包括用于操作一个或多个软件程序的功能，这些软件程序可以存储在存储器中。一般而言，处理器20和所存储的软件指令可以被配置为导致装置1000执行操作。例如，处理器20能够操作连接程序，例如Web浏览器。连接程序可以允许装置1000根据诸如无线应用协议、无线接入点、超文本传输协议HTTP之类的协议发送和接收Web内容，例如基于位置的内容。
装置1000还可以包括用户接口，其例如包括耳机或扬声器24、振铃器22、麦克风26、显示器28、用户输入接口等，它们可以在操作上耦合到处理器20。如上所述，显示器28可以包括触敏显示器，其中用户可以触摸和/或做手势以便进行选择，输入值等。处理器20还可以包括用户接口电路，其被配置为控制诸如扬声器24、振铃器22、麦克风26、显示器28之类的用户接口的一个或多个元件的至少某些功能。处理器20和/或包括处理器20的用户接口电路可以被配置为通过计算机程序指令(例如，软件和/或固件)控制用户接口的一个或多个元件的一个或多个功能，这些计算机程序指令存储在可由处理器20访问的存储器(例如，易失性存储器40、非易失性存储器42等)上。装置1000可以包括电池以便为与移动终端相关的各种电路(例如，用于提供机械振动作为可检测的输出的电路)供电。用户输入接口可以包括允许装置1000接收数据的设备，例如小键盘30(其可以是显示器28上呈现的虚拟键盘或者外部耦合的键盘)和/或其它输入设备。
此外，装置1000可以包括近程射频(RF)收发器和/或询问器64，因此可以根据RF技术与电子设备共享数据和/或从电子设备获得数据。装置1000可以包括其它近程收发器，例如红外(IR)收发器66、使用蓝牙无线技术工作的蓝牙(BT)收发器68、无线通用串行总线(USB)收发器70等。蓝牙收发器68能够根据低功耗或超低功耗蓝牙技术(例如，Wibree、蓝牙低功耗、以及其它无线电标准)工作。在这点上，装置1000并且具体地说近程收发器能够在装置的邻近(例如在10米内)将数据发送到电子设备和/或从电子设备接收数据。包括Wi-Fi或无线局域网调制解调器的装置1000还能够根据各种无线联网技术(包括6LoWpan、Wi-Fi、Wi-Fi低功耗、诸如IEEE 802.11技术、IEEE 802.15技术、IEEE 802.16技术之类的WLAN技术)来从电子设备发送和/或接收数据。
装置1000可以包括存储器，例如用户身份模块(SIM)38、可移动用户身份模块(R-UIM)等，它们可以存储与移动用户相关的信息元素。除了SIM之外，装置1000可以包括其它可移动和/或固定存储器。装置1000可以包括易失性存储器40和/或非易失性存储器42。例如，易失性存储器40可以包括随机存取存储器(RAM)(包括动态和/或静态RAM)、片上或片外高速缓冲存储器等。可以嵌入和/或可移动的非易失性存储器42例如可以包括只读存储器、闪存、磁存储设备(例如，硬盘、软盘驱动器、磁带)、光盘驱动器和/或介质、非易失性随机存取存储器(NVRAM)等。与易失性存储器40相同，非易失性存储器42可以包括高速缓存区域以便临时存储数据。易失性和/或非易失性存储器的至少一部分可以被嵌入处理器20中。存储器可以存储一个或多个软件程序、指令、信息块、数据等，它们可以由装置用于执行在此描述的CV-QKD协议操作。存储器可以包括能够唯一标识装置1000的标识符，例如国际移动设备标识(IMEI)代码。所述功能可以包括在此针对接收器或发射器公开的一个或多个操作。存储器可以包括能够唯一标识装置1000的标识符，例如国际移动设备标识(IMEI)代码。在本示例实施例中，可以使用存储在存储器40和/或42处的计算机代码来配置处理器20以提供在此公开的CV-QKD协议操作。
在此公开的某些实施例可以以软件、硬件、应用逻辑、或者软件、硬件、以及应用逻辑的组合来实现。软件、应用逻辑、和/或硬件例如可以位于在此公开的存储器40、控制装置20、或电子组件上。在某些示例实施例中，在各种常规计算机可读介质的任一者上维护应用逻辑、软件或指令集。在本文的上下文中，“计算机可读介质”可以是任何非瞬时性介质，其可以包含、存储、传送、传播或传输用于由指令执行系统、装置或设备(例如计算机或数据处理器电路)使用或者与其结合使用的指令。计算机可读介质可以包括非瞬时性计算机可读存储介质，其可以是任何能够包含或存储指令的介质，这些指令可以由指令执行系统、装置或设备(例如计算机)使用或者与其结合使用。此外，在此公开的某些实施例包括计算机程序，其被配置为导致在此描述的CV-QKD协议操作。
在不以任何方式限制下面显示的权利要求的范围、解释、或者应用的情况下，在此公开的一个或多个示例实施例的一个技术效果是紧凑的片上设计、较小的占用空间、和/或较低的噪声。
在不以任何方式限制下面显示的权利要求的范围、解释、或者应用的情况下，在此公开的一个或多个示例实施例的一个技术效果是不需要单独的引导激光束。
取决于所需配置，可以以系统、装置、方法、和/或制品体现在此描述的主题。例如，可以使用以下一项或多项实现在此描述的系统、装置、方法、和/或制品：电子组件(例如晶体管、电感器、电容器、电阻器等)、执行程序代码的处理器、专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、嵌入式处理器、现场可编程门阵列(FPGA)、和/或它们的组合。这些不同的示例实施例可以包括在一个或多个计算机程序中的实现，这些计算机程序在可编程系统上可执行和/或可解释，该可编程系统包括至少一个可编程处理器，其可以是专用的或通用的，被耦合以便从存储系统、至少一个输入设备、以及至少一个输出设备接收数据和指令，并且将数据和指令发送到存储系统、至少一个输入设备、以及至少一个输出设备。这些计算机程序(也被称为程序、软件、软件应用、应用、组件、程序代码、或者代码)包括用于可编程处理器的机器指令，并且可以以高级过程和/或面向对象的编程语言、和/或汇编/机器语言来实现。如在此使用的，术语“机器可读介质”指用于向可编程处理器提供机器指令和/或数据的任何计算机程序产品、计算机可读介质、计算机可读存储介质、装置和/或设备(例如，磁盘、光盘、存储器、可编程逻辑设备(PLD))，包括接收机器指令的机器可读介质。同样，在此还描述了系统，其可以包括处理器和耦合到处理器的存储器。存储器可以包括一个或多个程序，所述程序导致处理器执行在此描述的一个或多个操作。
尽管上面已详细描述一些变型，但其它修改或添加是可能的。具体地说，除了在此给出的特性和/或变型之外，可以提供进一步的特性和/或变型。此外，上面描述的示例实施例可以涉及公开的特性的各种组合和子组合和/或上面公开的数个进一步特性的组合和子组合。此外，在附图中示出和/或在此描述的逻辑流不需要所示的特定顺序或连续顺序来实现所需结果。其它实施例可以在以下权利要求的范围内。

Claims (36)

1.一种装置，包括：
分束器，其包括分束器输入端、分束器第一输出端、以及分束器第二输出端，其中所述分束器输入端被配置为接收激光脉冲，其中所述分束器第一输出端提供参考信号，并且所述分束器第二输出端提供感兴趣的信号；
移频器，其包括移位器输入端和移位器输出端，其中所述移位器输入端耦合到所述分束器第一输出端，其中所述移频器将所述参考信号移位到光谱的这样的部分：该部分与正在由所述感兴趣的信号使用的所述光谱的另一部分分离，其中所述移位器输出端包括移位后的参考信号；以及
偏振旋转器，其包括第一旋转器输入端、第二旋转器输入端、以及旋转器输出端，其中所述第一旋转器输入端接收所述移位后的参考信号，其中所述第二旋转器输入端接收感兴趣的信号，并且其中所述旋转器输出端包括由所述偏振旋转器移位和旋转后的所述参考信号。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述偏振旋转器包括偏振旋转器组合器，并且其中所述旋转器输出端进一步包括所述感兴趣的信号。
3.根据权利要求1所述的装置，进一步包括：
调制器，其被配置为使用能从中导出量子密钥信息的相干状态信息来调制所述感兴趣的信号。
4.根据权利要求3所述的装置，其中所述调制器包括同相和正交分量调制器和/或强度和相位调制器。
5.根据权利要求3所述的装置，其中所述旋转器输出端提供光信号，所述光信号承载所述参考信号和使用所述相干状态信息调制的所述感兴趣的信号。
6.根据权利要求3所述的装置，其中所述相干状态信息包括第一随机数X和第二随机数P，其中第一和第二随机数选自具有零平均值和预定义方差的连续高斯分布。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的装置，进一步包括：
激光二极管，其耦合到所述分束器输入端。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的装置，进一步包括：
脉冲调制器，其耦合到所述激光二极管和所述分束器输入端。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的装置，进一步包括：
第一检测器，其被配置为测量所述参考信号；以及
第二检测器，其被配置为测量所述感兴趣的信号。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的装置，其中所述参考信号包括局部振荡器信号。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的装置，其中所述移频器包括电-光调制器。
12.一种装置，包括：
偏振分离器旋转器，其包括旋转器输入端、第一旋转器输出端、以及第二旋转器输出端，其中所述旋转器输入端被配置为接收包括感兴趣的信号和参考信号的光束，其中所述偏振分离器旋转器旋转所述感兴趣的信号和/或所述参考信号的偏振，其中所述第一旋转器输出端提供所述感兴趣的信号，并且所述第二旋转器输出端提供所述参考信号；以及
移频器，其包括移位器输入端和移位器输出端，其中所述移位器输入端耦合到所述第二旋转器输出端，其中所述移频器将所述参考信号的频率移回以便考虑由发送器引起的频移，其中所述移位器输出端包括被移位以便去除所述发送器引起的频移的所述参考信号。
13.根据权利要求12所述的装置，进一步包括：
光学零差检测接收器，其被配置为接收来自所述第一旋转器输出端的所述感兴趣的信号，其中所述感兴趣的信号承载相干状态信息，其中所述光学零差检测接收器测量X或P正交以便提供量子密钥信息。
14.根据权利要求12-13中任一项所述的装置，其中所述光学零差检测接收器包括90度光学混合器，所述90度光学混合器耦合到至少一个平衡检测器和至少一个可变衰减器。
15.根据权利要求12-14中任一项所述的装置，其中所述光学零差检测接收器包括可调分束器，所述可调分束器耦合到至少一个平衡检测器和至少一个可变衰减器。
16.根据权利要求12-15中任一项所述的装置，其中所述移频器包括电-光调制器。
17.一种方法，包括：
在分束器处接收激光脉冲，其中所述分束器包括分束器输入端、分束器第一输出端、以及分束器第二输出端，其中所述分束器输入端被配置为接收所述激光脉冲，其中所述分束器第一输出端提供参考信号，并且所述分束器第二输出端提供感兴趣的信号；
由移频器将所述参考信号移位到光谱的这样的部分：该部分与正在由所述感兴趣的信号使用的所述光谱的另一部分分离，所述移频器包括移位器输入端和移位器输出端，其中所述移位器输入端耦合到所述分束器第一输出端，并且其中所述移位器输出端包括移位后的参考信号；以及
由偏振旋转器旋转所述参考信号，所述偏振旋转器包括第一旋转器输入端、第二旋转器输入端、以及旋转器输出端，其中所述第一旋转器输入端接收所述参考信号，其中所述第二旋转器输入端接收所述感兴趣的信号，并且其中所述旋转器输出端包括由所述偏振旋转器移位和旋转后的所述参考信号。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述偏振旋转器包括偏振旋转器组合器，并且其中所述旋转器输出端进一步包括所述感兴趣的信号。
19.根据权利要求17所述的方法，进一步包括：
由调制器使用能从中导出量子密钥信息的相干状态信息来调制所述感兴趣的信号。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述调制器包括同相和正交分量调制器和/或强度和相位调制器。
21.根据权利要求19所述的方法，其中所述旋转器输出端提供光信号，所述光信号承载所述参考信号和使用所述相干状态信息调制的所述感兴趣的信号。
22.根据权利要求19所述的方法，其中所述相干状态信息包括第一随机数X和第二随机数P，其中第一和第二随机数选自具有零平均值和预定义方差的连续高斯分布。
23.根据权利要求17-22中任一项所述的方法，进一步包括：
将激光二极管耦合到所述分束器输入端。
24.根据权利要求17-23中任一项所述的方法，进一步包括：
将脉冲调制器耦合到所述激光二极管和所述分束器输入端。
25.根据权利要求17-24中任一项所述的方法，进一步包括：
由第一检测器测量所述参考信号；以及
由第二检测器测量所述感兴趣的信号。
26.根据权利要求17-25中任一项所述的方法，其中所述参考信号包括局部振荡器信号。
27.根据权利要求17-26中任一项所述的方法，其中所述移频器包括电-光调制器。
28.一种方法，包括：
由偏振分离器旋转器旋转感兴趣的信号和/或参考信号的偏振，所述偏振分离器旋转器包括旋转器输入端、第一旋转器输出端、以及第二旋转器输出端，其中所述旋转器输入端接收包括所述感兴趣的信号和所述参考信号的光束，其中所述第一旋转器输出端提供所述感兴趣的信号，并且所述第二旋转器输出端提供所述参考信号；以及
由移频器将所述参考信号的频率移回以便考虑由发送器引起的频移，所述移频器包括移位器输入端和移位器输出端，其中所述移位器输入端耦合到所述第二旋转器输出端，并且其中所述移位器输出端包括被移位以便去除所述发送器引起的频移的所述参考信号。
29.根据权利要求28所述的方法，进一步包括：
由光学零差检测接收器接收来自所述第一旋转器输出端的所述感兴趣的信号以及来自所述第二旋转器输出端的所述参考信号，其中所述感兴趣的信号承载相干状态信息；以及
由所述光学零差检测接收器测量X或P正交以便提供量子密钥信息。
30.根据权利要求28-29中任一项所述的方法，其中所述光学零差检测接收器包括90度光学混合器，所述90度光学混合器耦合到至少一个平衡检测器和至少一个可变衰减器。
31.根据权利要求28-30中任一项所述的方法，其中所述光学零差检测接收器包括可调分束器，所述可调分束器耦合到至少一个平衡检测器和至少一个可变衰减器。
32.根据权利要求28-31中任一项所述的方法，其中所述移频器包括电-光调制器。
33.一种包括计算机程序代码的非瞬时性计算机可读存储介质，当由至少一个处理器执行时，所述计算机程序代码导致操作，所述操作包括：
在分束器处接收激光脉冲，其中所述分束器包括分束器输入端、分束器第一输出端、以及分束器第二输出端，其中所述分束器输入端被配置为接收所述激光脉冲，其中所述分束器第一输出端提供参考信号，并且所述分束器第二输出端提供感兴趣的信号；
由移频器将所述参考信号移位到光谱的这样的部分：该部分与正在由所述感兴趣的信号使用的所述光谱的另一部分分离，所述移频器包括移位器输入端和移位器输出端，其中所述移位器输入端耦合到所述分束器第一输出端，并且其中所述移位器输出端包括移位后的参考信号；以及
由偏振旋转器旋转所述参考信号，所述偏振旋转器包括第一旋转器输入端、第二旋转器输入端、以及旋转器输出端，其中所述第一旋转器输入端接收所述参考信号，其中所述第二旋转器输入端接收所述感兴趣的信号，并且其中所述旋转器输出端包括由所述偏振旋转器移位和旋转后的所述参考信号。
34.一种装置，包括：
用于在分束器处接收激光脉冲的部件，其中所述分束器包括分束器输入端、分束器第一输出端、以及分束器第二输出端，其中所述分束器输入端被配置为接收所述激光脉冲，其中所述分束器第一输出端提供参考信号，并且所述分束器第二输出端提供感兴趣的信号；
用于由移频器将所述参考信号移位到光谱的这样的部分的部件：该部分与正在由所述感兴趣的信号使用的所述光谱的另一部分分离，所述移频器包括移位器输入端和移位器输出端，其中所述移位器输入端耦合到所述分束器第一输出端，并且其中所述移位器输出端包括移位后的参考信号；以及
用于由偏振旋转器旋转所述参考信号的部件，所述偏振旋转器包括第一旋转器输入端、第二旋转器输入端、以及旋转器输出端，其中所述第一旋转器输入端接收所述参考信号，其中所述第二旋转器输入端接收所述感兴趣的信号，并且其中所述旋转器输出端包括由所述偏振旋转器移位和旋转后的所述参考信号。
35.一种装置，包括：
用于由偏振分离器旋转器旋转感兴趣的信号和/或参考信号的偏振的部件，所述偏振分离器旋转器包括旋转器输入端、第一旋转器输出端、以及第二旋转器输出端，其中所述旋转器输入端接收包括所述感兴趣的信号和所述参考信号的光束，其中所述第一旋转器输出端提供所述感兴趣的信号，并且所述第二旋转器输出端提供所述参考信号；以及
用于由移频器将所述参考信号的频率移回以便考虑由发送器引起的频移的部件，所述移频器包括移位器输入端和移位器输出端，其中所述移位器输入端耦合到所述第二旋转器输出端，并且其中所述移位器输出端包括被移位以便去除所述发送器引起的频移的所述参考信号。
36.一种包括计算机程序代码的非瞬时性计算机可读存储介质，当由至少一个处理器执行时，所述计算机程序代码导致操作，所述操作包括：
由偏振分离器旋转器旋转感兴趣的信号和/或参考信号的偏振，所述偏振分离器旋转器包括旋转器输入端、第一旋转器输出端、以及第二旋转器输出端，其中所述旋转器输入端接收包括所述感兴趣的信号和所述参考信号的光束，其中所述第一旋转器输出端提供所述感兴趣的信号，并且所述第二旋转器输出端提供所述参考信号；以及
由移频器将所述参考信号的频率移回以便考虑由发送器引起的频移，所述移频器包括移位器输入端和移位器输出端，其中所述移位器输入端耦合到所述第二旋转器输出端，并且其中所述移位器输出端包括被移位以便去除所述发送器引起的频移的所述参考信号。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110196710A (zh) * 2019-05-13 2019-09-03 弦海（上海）量子科技有限公司 芯片结构零差探测的量子随机数发生器
CN112787725A (zh) * 2020-12-29 2021-05-11 武汉邮电科学研究院有限公司 一种qkd的信号产生装置及信号产生方法
CN113836524A (zh) * 2021-09-18 2021-12-24 上海循态量子科技有限公司 基于芯片cvqkd实际系统中安全漏洞的防御方法及系统

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3244566B1 (en) * 2016-05-11 2020-08-05 Institut Mines Telecom Phase reference sharing schemes for continuous-variable quantum cryptography
CN108737082B (zh) 2017-04-24 2020-11-17 华为技术有限公司 信号的接收装置和接收方法
US10944553B2 (en) * 2017-05-01 2021-03-09 Ut-Battelle, Llc Simultaneous classical and quantum communication scheme based on coherent detection
US10983276B2 (en) 2017-05-25 2021-04-20 Nokia Solutions And Networks Oy Birefringent waveguide circuit having an optical hybrid
CN109104251B (zh) * 2017-06-20 2021-07-16 华为技术有限公司 一种数据传输方法、装置及系统
US11196713B2 (en) * 2017-10-17 2021-12-07 Eric Litak Classical implementation of quantum entanglement in datacenter network design
GB2570109B (en) * 2018-01-09 2021-01-20 British Telecomm Optical data transmission system
CN111492599A (zh) 2018-01-09 2020-08-04 英国电讯有限公司 光数据传输系统
CN109257104A (zh) * 2018-08-24 2019-01-22 中国电子科技集团公司第三十研究所 一种适用于cvqkd系统的光振幅调制方法
CN109361515B (zh) * 2018-11-23 2022-05-27 山西大学 连续变量量子密钥分发系统脉冲光高速偏振锁定方法
CN113632414A (zh) * 2019-04-04 2021-11-09 杜塞尔多夫华为技术有限公司 量子密钥分发中的光注入锁定
CN110224820B (zh) * 2019-06-05 2021-11-26 中国科学院半导体研究所 一种用于偏振bb84协议的片上解码器及解码方法
US11159241B2 (en) 2019-07-18 2021-10-26 Lawrence Livermore National Security, Llc High power handling digitizer using photonics
US11184087B2 (en) 2019-08-08 2021-11-23 Lawrence Livermore National Security, Llc Optical encoder devices and systems
KR102225679B1 (ko) * 2019-12-18 2021-03-10 한국과학기술원 시분할 쿼드러쳐 호모다인 연속변수 양자 암호 키분배 시스템
WO2022004921A1 (ko) * 2020-07-02 2022-01-06 엘지전자 주식회사 플러그 앤드 플레이 퀀텀 키 분배 시스템에서 패러데이 회전 거울의 편광 왜곡 보정 방법 및 장치
US11876565B2 (en) * 2020-07-14 2024-01-16 Arizona Board Of Regents On Behalf Of The University Of Arizona Global quantum communication networks
US20230396422A1 (en) * 2020-09-11 2023-12-07 Lg Electronics Inc. Method and apparatus for correcting polarization distortion of faraday rotating mirror in plug-and-play quantum key distribution system
GB2600446A (en) * 2020-10-29 2022-05-04 Airbus Sas Free space optical communications terminal
CN112886970B (zh) * 2021-01-11 2022-07-01 哈尔滨工业大学 一种用于连续变量量子密钥分发的协商方法
ES2937442B2 (es) * 2021-09-28 2023-11-15 Univ Vigo Transmisor de clave cuántica de variable continua
DE102022103012A1 (de) * 2022-02-09 2023-08-10 Quantum Optics Jena GmbH Verfahren zum Polarisationsabgleich

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1172564A (zh) * 1995-01-31 1998-02-04 Adc电讯公司 利用近似非相干方法进行失真校正的光学系统
US20020196508A1 (en) * 2001-06-13 2002-12-26 Haiqing Wei Generation of optical signals with return-to-zero format
US20050159128A1 (en) * 2001-06-21 2005-07-21 Collins Glenn D. Adaptive canceller for frequency reuse systems
US20050248354A1 (en) * 2004-05-04 2005-11-10 Alexei Petchenev Frequency rectification tool for shorter waveforms
US20080267635A1 (en) * 2007-02-19 2008-10-30 Sony Corporation Quantum cryptography communication apparatus and communication terminal
CN101533096A (zh) * 2009-04-23 2009-09-16 哈尔滨工业大学 基于偏振态调控与波长合成的双频激光测距方法与装置
CN102591091A (zh) * 2011-12-29 2012-07-18 东南大学 一种相位稳定的光子微波信号产生方法及系统
CN102916807A (zh) * 2012-10-12 2013-02-06 上海交通大学 连续变量量子密钥分发系统的偏振补偿实现方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2816779B1 (fr) * 2000-11-10 2003-03-07 Thomson Csf Procede et systeme de transmission par cryptographie quantique
DE10117272B4 (de) * 2001-04-06 2005-04-28 Lmu Ludwig Maxilians Uni Muenc Vorrichtung und Verfahren für die Quantenkryptographie
US7403623B2 (en) * 2002-07-05 2008-07-22 Universite Libre De Bruxelles High-rate quantum key distribution scheme relying on continuously phase and amplitude-modulated coherent light pulses
JP4632652B2 (ja) * 2003-10-10 2011-02-16 日本電気株式会社 量子暗号鍵配布システム及びそれに用いる同期方法
US9270385B2 (en) * 2004-08-04 2016-02-23 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army System and method for quantum based information transfer
FR2879381B1 (fr) 2004-12-15 2008-12-26 Thales Sa Systeme de distribution quantique de cle de cryptage a variables continues
US7706536B2 (en) 2005-05-17 2010-04-27 Alcatel-Lucent Usa Inc. Phase locking in a multi-channel quantum communication system
US20060263096A1 (en) 2005-05-17 2006-11-23 Mihaela Dinu Multi-channel transmission of quantum information
CA2569764A1 (en) * 2005-12-01 2007-06-01 Bing Li Method, system and apparatus for optical phase modulation based on frequency shift
WO2015050623A2 (en) 2013-07-16 2015-04-09 Los Alamos National Security, Llc Long-haul high rate quantum key distribution
CN106576002B (zh) 2014-06-09 2019-07-19 诺基亚技术有限公司 基于光纤的通信装置、方法和计算机可读介质
WO2016099565A1 (en) 2014-12-19 2016-06-23 Nokia Technologies Oy Photonic chip for continuous variable quantum key distribution

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1172564A (zh) * 1995-01-31 1998-02-04 Adc电讯公司 利用近似非相干方法进行失真校正的光学系统
US20020196508A1 (en) * 2001-06-13 2002-12-26 Haiqing Wei Generation of optical signals with return-to-zero format
US20050159128A1 (en) * 2001-06-21 2005-07-21 Collins Glenn D. Adaptive canceller for frequency reuse systems
US20050248354A1 (en) * 2004-05-04 2005-11-10 Alexei Petchenev Frequency rectification tool for shorter waveforms
US20080267635A1 (en) * 2007-02-19 2008-10-30 Sony Corporation Quantum cryptography communication apparatus and communication terminal
CN101533096A (zh) * 2009-04-23 2009-09-16 哈尔滨工业大学 基于偏振态调控与波长合成的双频激光测距方法与装置
CN102591091A (zh) * 2011-12-29 2012-07-18 东南大学 一种相位稳定的光子微波信号产生方法及系统
CN102916807A (zh) * 2012-10-12 2013-02-06 上海交通大学 连续变量量子密钥分发系统的偏振补偿实现方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DIAMANTI ELEN: "Practical secure quantum communications", 《OPTOMECHATRONIC MICRO/NANO DEVICES AND COMPONENTS III》 *
QUYEN DINH XUAN: "A 24 km fiber-based discretely signaled continuous variable quantum key distribution system", 《CORE.AC.UK》 *
无: "Quantum Key Distribution (QKD);Components and Internal interfaces", 《GROUP SPECIFICATION, EUROPEAN TELECOMMUNICATIONS STANDARDS INSTITUTE》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110196710A (zh) * 2019-05-13 2019-09-03 弦海（上海）量子科技有限公司 芯片结构零差探测的量子随机数发生器
CN110196710B (zh) * 2019-05-13 2023-06-16 弦海（上海）量子科技有限公司 芯片结构零差探测的量子随机数发生器
CN112787725A (zh) * 2020-12-29 2021-05-11 武汉邮电科学研究院有限公司 一种qkd的信号产生装置及信号产生方法
CN113836524A (zh) * 2021-09-18 2021-12-24 上海循态量子科技有限公司 基于芯片cvqkd实际系统中安全漏洞的防御方法及系统
CN113836524B (zh) * 2021-09-18 2024-02-02 上海循态量子科技有限公司 基于芯片cvqkd实际系统中安全漏洞的防御方法及系统

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US20200204362A1 (en) 2020-06-25
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