CN108599929A - 一种基于偏振复用的相位编码量子密钥分发系统 - Google Patents

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张奔
张志�
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Abstract

本发明公开了一种基于偏振复用的相位编码量子密钥分发系统，包括第一量子密钥分发编码器、第二量子密钥分发编码器、偏振耦合器、偏振分束器、第一量子密钥分发解码器和第二量子密钥分发解码器。第一量子密钥分发编码器的输出端，第二量子密钥分发编码器的一个输出端均与偏振耦合器相连，偏振分束器分别与第一量子密钥分发解码器和第二量子密钥分发解码器相连。本发明的相位编码量子密钥分发系统采用了偏振复用技术，两组相位编码量子密钥分发编码器和解码器通过偏振耦合器和分束器共享同一个传输信道。理论上本发明的相位编码量子密钥分发系统可将量子密钥分发速率增加一倍。

Description

一种基于偏振复用的相位编码量子密钥分发系统
技术领域
本发明属于量子信息技术领域，具体涉及一种基于偏振复用的相位编码量子密钥分发系统。
背景技术
量子密钥分发可令通信双方共享无条件安全的随机数串。该随机数串作为加密密钥，再结合“一次一密”协议，就可以实现真正无条件安全的保密通信。作为第一个可实用的量子信息技术，量子密钥分发获得国际上的广泛关注。
量子密钥分发按照编码方式主要有相位编码和偏振编码两种。在相位编码方式中，量子密钥分发协议将信息编码在光的相位上。因此，传统的相位编码量子密钥分发系统主要关注的是光的相位信息，而忽略了光的偏振信息。而光的偏振信息可以实现通信性能或者效果的增强。例如，在传统光通信中，利用偏振复用技术就可成倍提高通信容量。假设偏振复用通道含有两个，例如水平偏振和竖直偏振通道，那么理论上可以将通信容量翻倍。类似地，将偏振复用技术引入量子密钥分发，理论上也可以将量子密钥分发速率翻倍。
发明内容
为了克服上述传统相位编码量子密钥分发系统忽略光的偏振信息的问题，本发明提出一种基于偏振复用的相位编码量子密钥分发系统。
本发明是这样实现的：
一种基于偏振复用的相位编码量子密钥分发系统，包括：第一量子密钥分发编码器、第二量子密钥分发编码器、偏振耦合器、偏振分束器、第一量子密钥分发解码器和第二量子密钥分发解码器。
所述第一量子密钥分发编码器含一个输出端，该编码器遵守相位编码量子密钥分发协议。
所述第二量子密钥分发编码器含一个输出端，该编码器遵守相位编码量子密钥分发协议。
所述偏振耦合器含两个输入端和一个输出端。所述偏振耦合器的第一输入端与所述第一量子密钥分发编码器的输出端通过第一光路相连，所述偏振耦合器的第二输入端与所述第二量子密钥分发编码器的输出端通过第二光路相连。用于耦合所述第一和第二量子密钥分发编码器输出的光信号，并将其偏振态制备到互相垂直的偏振态上。
所述第一量子密钥分发解码器含一个输入端，该解码器遵守相位编码量子密钥分发协议。
所述第二量子密钥分发解码器含一个输入端，该解码器遵守相位编码量子密钥分发协议。
所述偏振分束器含一个输入端和两个输出端。所述偏振分束器的输入端与所述偏振耦合器的输出端通过第三光路相连。所述偏振分束器的第一输出端与所述第一量子密钥分发解码器的输入端通过第四光路相连，所述偏振分束器的第二输出端与所述第二量子密钥分发解码器的输入端通过第五光路相连。用于将所述偏振耦合器耦合的第一和第二量子密钥分发编码器输出的光信息通过偏振分束分别传输至第一和第二量子密钥分发解码器。
优选的，所述第一、第二、第三、第四或者第五光路是光纤或者自由空间。
优选的，所述第一、第二或者第三光路含偏振控制器。
本发明的相位编码量子密钥分发系统采用了偏振复用技术，两组相位编码量子密钥分发编码器和解码器通过偏振耦合器和分束器共享同一个传输信道。由于两组相位编码的量子密钥分发编解码器的光信息被制备为互相垂直的偏振态，因此这两者的光信息可以通过同一个光路或者传输信道而不互相影响。假设所述两组量子密钥分发编解码器相同，则理论上本发明的相位编码量子密钥分发系统可将量子密钥分发速率增加一倍。
附图说明
图1为本发明实施例基于偏振复用的相位编码量子密钥分发系统的基本组成示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
本发明的基于偏振复用的量子密钥分发系统的一种结构如图1所示：它主要由相位编码量子密钥分发编码器1、相位编码量子密钥分发编码器2、偏振控制器3、偏振控制器4、2x1偏振耦合器5、偏振控制器6、1x2偏振分束器7、相位编码量子密钥分发解码器8和相位编码量子密钥分发解码器9组成。
相位编码量子密钥分发编码器1发出的光信号通过偏振控制器3后被偏振耦合器5耦合至传输信道，通过偏振控制器6后被偏振分束器7分束至相位编码量子密钥分发解码器8。偏振控制器3和偏振控制器6用于保证相位编码量子密钥分发编码器1发出的光信号完全耦合(忽略光路损耗)至相位编码量子密钥分发解码器8。
相位编码量子密钥分发编码器2发出的光信号通过偏振控制器4后被偏振耦合器5耦合至传输信道，通过偏振控制器6后被偏振分束器7分束至相位编码量子密钥分发解码器9。偏振控制器4和偏振控制器6用于保证相位编码量子密钥分发编码器2发出的光信号完全耦合(忽略光路损耗)至相位编码量子密钥分发解码器9。
尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。

Claims (3)

1.一种基于偏振复用的相位编码量子密钥分发系统，其特征在于包括：第一量子密钥分发编码器、第二量子密钥分发编码器、偏振耦合器、偏振分束器、第一量子密钥分发解码器和第二量子密钥分发解码器；
所述第一量子密钥分发编码器含一个输出端，该编码器遵守相位编码量子密钥分发协议；
所述第二量子密钥分发编码器含一个输出端，该编码器遵守相位编码量子密钥分发协议；
所述偏振耦合器含两个输入端和一个输出端；所述偏振耦合器的第一输入端与所述第一量子密钥分发编码器的输出端通过第一光路相连，所述偏振耦合器的第二输入端与所述第二量子密钥分发编码器的输出端通过第二光路相连；所述偏振耦合器用于耦合所述第一和第二量子密钥分发编码器输出的光信号，并将其偏振态制备到互相垂直的偏振态上；
所述第一量子密钥分发解码器含一个输入端，该解码器遵守相位编码量子密钥分发协议；
所述第二量子密钥分发解码器含一个输入端，该解码器遵守相位编码量子密钥分发协议；
所述偏振分束器含一个输入端和两个输出端；所述偏振分束器的输入端与所述偏振耦合器的输出端通过第三光路相连；所述偏振分束器的第一输出端与所述第一量子密钥分发解码器的输入端通过第四光路相连，所述偏振分束器的第二输出端与所述第二量子密钥分发解码器的输入端通过第五光路相连；用于将所述偏振耦合器耦合的第一和第二量子密钥分发编码器输出的光信息通过偏振分束分别传输至第一和第二量子密钥分发解码器。
2.根据权利要求1所述基于偏振复用的相位编码量子密钥分发系统，其特征在于：
所述第一、第二、第三、第四或者第五光路是光纤或者自由空间。
3.根据权利要求1所述基于偏振复用的相位编码量子密钥分发系统，其特征在于：
所述第一、第二和/或第三光路含偏振控制器。
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