CN110880975A - 基于q玻片的偏振无关量子密钥分发系统及其分发方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于Q玻片的偏振无关量子密钥分发系统，包括用于制备偏振‑轨道角动量混合态的发送方态制备系统及用于响应光脉冲的接受方测量系统。本发明还公开了一种基于Q玻片的偏振无关量子密钥分发方法，本发明旨在利用Q玻片器件的物理原理，使得人们能够使用抗环境噪声的偏振无关量子密钥分发协议，克服现有密钥分发系统中的偏振旋转噪声，实现安全可靠的密钥分发。

Description

基于Q玻片的偏振无关量子密钥分发系统及其分发方法
技术领域
本发明属于量子信息处理技术领域，涉及一种基于Q玻片的偏振无关量子密钥分发系统，本发明还涉及上述密钥分发系统的分发方法。
背景技术
目前市场上主要有两种编码方式的量子密钥分发系统：偏振编码量子密钥分发系统和相位编码量子密钥分发系统。其中偏振编码量子密钥分发系统以其速率快、易于探测等特点在目前量子通信领域占据一定的市场地位与技术优势。
目前产品化的偏振编码量子密钥分发系统中均需要采用偏振主动补偿模块对系统收发两端的偏振态进行补偿，在一定程度上限制了密钥分发系统的安全密钥生成速率。虽然现在也出现了通过调整光源强度实现偏振无关的量子密钥分发系统，但是由于光源强度的调节需要主动控制，且增加了数据后处理的复杂度，实际效果并不能满足市场的需要。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于Q玻片的偏振无关量子密钥分发系统，该系统旨在利用Q玻片器件的物理原理，使得人们能够使用抗环境噪声的偏振无关量子密钥分发协议，克服现有密钥分发系统中的偏振旋转噪声，实现安全可靠的密钥分发。
本发明还提供一种基于Q玻片的偏振无关量子密钥分发方法。
本发明所采用的第一种技术方案是，基于Q玻片的偏振无关量子密钥分发系统，包括用于制备偏振-轨道角动量混合态的发送方态制备系统及用于响应光脉冲的接受方测量系统。
本发明第一种技术方案的特点还在于，
发送方态制备系统包括两组激光器，每组激光器的光路前方设置一个偏振分束器I，两个偏振分束器I的光路前方依次设有分束器I、强度调制器及Q玻片。
每组激光器的数量为两个。
Q玻片中Q取值为二分之一。
接受方测量系统包括依次设置的Q玻片、分束器II，分束器II的光路直角基和斜角基处分别设有偏振分束器II，所述直角基对应的偏振分束器II的光路前方分别设有第一单光子探测器、第二单光子探测器；所述斜角基对应的偏振分束器II的光路前方分别设有第三单光子探测器、第四单光子探测器。
本发明所采用的第二种技术方案是，基于Q玻片的偏振无关量子密钥分发方法，具体包括如下过程：
在发送方态制备系统中，两组激光器随机发送激光脉冲，分别经过两个偏振分束器I后合为两个光路，两个光路在经过分束器I后合为一个具有偏振编码的光子态脉冲；该光子态脉冲通过强度调制器进行强度衰减，衰减后的光脉冲经过Q玻片后，偏振态转化为旋转不变的偏振-轨道角动量混合态；
在接受方测量系统中，偏振-轨道角动量混合态通过Q玻片后还原为相对应的偏振态，经过分束器II选择路径，光路直角基经过偏振分束器II7后水平偏振的光脉冲在第一单光子探测器处响应，垂直偏振的光脉冲在第二单光子探测器处响应，斜角基经过偏振分束器II后45°偏振的光脉冲在第三单光子探测器处响应，斜角基经过偏振分束器II后135°偏振的光脉冲在第四单光子探测器处响应，最后通信双方根据基比对过程提取出安全密钥生成率。
本发明的有益效果是，能够克服信道环境中的偏振旋转噪声，同时使得现有的量子密钥分发系统不需要偏振主动补偿模块，简化了系统的复杂度。并且克服现有密钥分发系统中的偏振旋转噪声，实现安全可靠的密钥分发。
附图说明
图1是本发明基于Q玻片的偏振无关量子密钥分发系统的结构示意图。
图中，1.激光器，2.偏振分束器I，3.分束器I，4.强度调制器，5.Q玻片，6.分束器II，7.偏振分束器II，8.第一单光子探测器，9.第二单光子探测器，10.第三单光子探测器，11.第四单光子探测器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明基于Q玻片的偏振无关量子密钥分发系统，如图1所示，包括发送方态制备系统及接受方测量系统；Q玻片为现有的玻片结构。
发送方态制备系统包括两组激光器1，每组激光器1的光路前方设置一个偏振分束器I2，两个偏振分束器I2的光路前方依次设有分束器I3、强度调制器4及Q玻片5；每组激光器1的数量为两个。
其中Q取二分之一。
在发送方态制备系统工作过程中，两组激光器1随机发送激光脉冲，分别经过两个偏振分束器I2后合为上下两个光路，两个光路在经过分束器I3后合为一个具有偏振编码的光子态脉冲；该光子态脉冲通过强度调制器4进行强度衰减，衰减后的光脉冲经过Q玻片5后，偏振态转化为旋转不变的偏振-轨道角动量混合态，完成发送方态制备过程。
接受方测量系统包括依次设置的Q玻片5、分束器II6，分束器II6的光路直角基和斜角基分别设有偏振分束器II7，直角基对应的偏振分束器II7的光路前方分别设有第一单光子探测器8、第二单光子探测器9；斜角基对应的偏振分束器II7的光路前方分别设有第三单光子探测器10、第四单光子探测器11。
接受方测量系统的工作过程为：发送方态制备系统制备的偏振-轨道角动量混合态通过Q玻片5后还原为相对应的偏振态，经过分束器II6选择相应的路径，光路直角基(直角基包括水平偏振和垂直偏振)经过偏振分束器II7后水平偏振的光脉冲在第一单光子探测器8处响应，垂直偏振的光脉冲在第二单光子探测器9处响应，斜角基(斜角基包括45°偏振和135°偏振)经过偏振分束器II7后45°偏振的光脉冲在第三单光子探测器10处响应，斜角基经过偏振分束器II7后135°偏振的光脉冲在第四单光子探测器11处响应，最后通信双方根据基比对过程提取出安全密钥生成率。
本发明基于Q玻片的偏振无关量子密钥分发系统的具体工作原理为：利用Q玻片5使得偏振编码的光子态在传输过程中转变为偏振-轨道角动量混合编码，偏振-轨道角动量混合具有旋转不变特性，可以实现偏振编码量子密钥分发系统的参考系无关，使信道任意的偏振旋转都不会影响最终测量的光脉冲偏振态，在测量时利用Q玻片的可逆性可以将混合态还原为偏振态进行测量。

Claims (6)

1.基于Q玻片的偏振无关量子密钥分发系统，其特征在于：包括用于制备偏振-轨道角动量混合态的发送方态制备系统及用于响应光脉冲的接受方测量系统。
2.根据权利要求1所述的基于Q玻片的偏振无关量子密钥分发系统，其特征在于：所述发送方态制备系统包括两组激光器，每组激光器的光路前方设置一个偏振分束器I，两个偏振分束器I的光路前方依次设有分束器I、强度调制器及Q玻片。
3.根据权利要求2所述的基于Q玻片的偏振无关量子密钥分发系统，其特征在于：每组所述激光器的数量为两个。
4.根据权利要求2所述的基于Q玻片的偏振无关量子密钥分发系统，其特征在于：所述Q玻片中Q取值为二分之一。
5.根据权利要求2所述的基于Q玻片的偏振无关量子密钥分发系统，其特征在于：所述接受方测量系统包括依次设置的Q玻片、分束器II，分束器II的光路直角基和斜角基处分别设有偏振分束器II，所述直角基对应的偏振分束器II的光路前方分别设有第一单光子探测器、第二单光子探测器；所述斜角基对应的偏振分束器II的光路前方分别设有第三单光子探测器、第四单光子探测器。
6.基于Q玻片的偏振无关量子密钥分发方法，其特征在于，具体包括如下过程：
在发送方态制备系统中，两组激光器随机发送激光脉冲，分别经过两个偏振分束器I后合为两个光路，两个光路在经过分束器I后合为一个具有偏振编码的光子态脉冲；该光子态脉冲通过强度调制器进行强度衰减，衰减后的光脉冲经过Q玻片后，偏振态转化为旋转不变的偏振-轨道角动量混合态；
在接受方测量系统中，偏振-轨道角动量混合态通过Q玻片后还原为相对应的偏振态，经过分束器II选择路径，光路直角基经过偏振分束器II7后水平偏振的光脉冲在第一单光子探测器处响应，垂直偏振的光脉冲在第二单光子探测器处响应，斜角基经过偏振分束器II后45°偏振的光脉冲在第三单光子探测器处响应，斜角基经过偏振分束器II后135°偏振的光脉冲在第四单光子探测器处响应，最后通信双方根据基比对过程提取出安全密钥生成率。
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