CN111555871B - 用于量子密钥分发的可重构接收芯片 - Google Patents

用于量子密钥分发的可重构接收芯片 Download PDF

Info

Publication number
CN111555871B
CN111555871B CN202010359825.8A CN202010359825A CN111555871B CN 111555871 B CN111555871 B CN 111555871B CN 202010359825 A CN202010359825 A CN 202010359825A CN 111555871 B CN111555871 B CN 111555871B
Authority
CN
China
Prior art keywords
optical splitter
output port
adjustable optical
adjustable
key distribution
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010359825.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111555871A (zh
Inventor
游金
王玥
安俊明
任梅珍
李骁
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Semiconductors of CAS
Original Assignee
Institute of Semiconductors of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Semiconductors of CAS filed Critical Institute of Semiconductors of CAS
Priority to CN202010359825.8A priority Critical patent/CN111555871B/zh
Publication of CN111555871A publication Critical patent/CN111555871A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111555871B publication Critical patent/CN111555871B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L9/00—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols
    • H04L9/08—Key distribution or management, e.g. generation, sharing or updating, of cryptographic keys or passwords
    • H04L9/0816—Key establishment, i.e. cryptographic processes or cryptographic protocols whereby a shared secret becomes available to two or more parties, for subsequent use
    • H04L9/0852—Quantum cryptography
    • H04L9/0858—Details about key distillation or coding, e.g. reconciliation, error correction, privacy amplification, polarisation coding or phase coding
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/70—Photonic quantum communication
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L2209/00—Additional information or applications relating to cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communication H04L9/00
    • H04L2209/12—Details relating to cryptographic hardware or logic circuitry

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computer Security & Cryptography (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

本发明公开了一种用于量子密钥分发的可重构接收芯片，包括第一可调光分路器，用于将输入光信号可调节分光，配置不同量子密钥分发协议解码需求；第二可调光分路器，用于将输入光信号可调节分光；第三可调光分路器和第四可调光分路器，用于将输入光信号可调节分光，二者结构参数相同；第一光延迟线和第二光延迟线，二者结构参数相同，用于延迟输入光信号；第一相位调制器和第二相位调制器，用于调节输入光信号的相位，二者结构参数相同；第五可调光分路器和第六可调光分路器，用于将输入光信号可调节分光，二者结构参数相同；各单元均为光波导结构，集成在同一衬底上。本发明可满足可重构多协议解码需求，结构紧凑、集成度高、稳定性好、成本低。

Description

用于量子密钥分发的可重构接收芯片
技术领域
本发明涉及量子通信技术领域，尤其涉及一种用于量子密钥分发的可重构接收芯片。
背景技术
量子通信是以量子力学为基础，现代通信理论为指导的交叉学科，自诞生以来，由于其模型的精确性和完备性，在一代代科学家的努力下，已经逐渐从理论构想发展到实用化应用。随着量子计算机的发展，经典的加密技术面临着前所未有的挑战。2018年1月，英特尔在美国拉斯维加斯消费电子展上发布具有38量子比特的超导量子测试芯片。2018年3月，谷歌展示了最新研制的72量子比特的可编程超导量子处理器“Bristlecone”，并称这一处理器有望实现“量子优越性”。2019年9月，IBM推出全球首台53位的量子计算机，并将付诸商用。2020年3月霍尼韦尔宣布将发布全球最强大的量子计算机。可以看到，当前量子计算机的发展速度已经远远超过了摩尔定律在晶体管时代的预期。在大规模资金投入下，量子通信经过短短几年的发展，已经可以让一些老牌科技强国宣称拥有“量子霸权”，以实施目前常规的超级计算机所不能完成的任务。量子计算机的并行计算能力将计算效率和运算速度提高了几个数量级，这使得目前广泛应用的密码体制无法抵抗量子计算的穷举攻击。因此，研究可以抵抗量子计算攻击的保密通信技术势在必行，量子保密通信也就应运而生。
基于量子密钥分发的量子保密通信系统是目前最热门的研究领域之一，相对于传统的密码通信，量子密钥分发的安全性是基于量子力学的基本原理而不是数学计算的复杂性，信息收发双方通过海森堡不确定性原理和未知量子态不可克隆原理来发现窃听的存在，在理论上确保了信息的无条件安全性。目前，量子密钥分发系统中的解码接收端多采用分立体光学元件搭建而成，体积大、结构复杂、稳定性差、成本高，且一个接收端仅支持单一的量子密钥分发协议，灵活性、适配性、泛用性差，不利于推广应用，因此，亟需设计一种结构紧凑、集成度高、稳定性好、低成本的可重构多协议兼容的量子密钥分发接收芯片。
发明内容
(一)要解决的技术问题
基于上述技术问题，本发明提供了一种用于量子密钥分发的可重构接收芯片，该芯片可满足可重构多协议解码需求，结构紧凑、集成度高、稳定性好，利于低成本推广应用。
(二)技术方案
本发明提供了一种用于量子密钥分发的可重构接收芯片，包括：
第一可调光分路器2，其上配置不同量子密钥分发协议，且包括第一输出端口和第二输出端口；
第二可调光分路器3，其上配置不同量子密钥分发协议，且包括第三输出端口和第四输出端口，其输入端口与所述第二输出端口相连；
第三可调光分路器4，包括第五输出端口和第六输出端口，且其输入端口与所述第三输出端口相连；
第四可调光分路器5，包括第七输出端口和第八输出端口，且其输入端口与所述第四输出端口相连，所述第四可调光分路器5与所述第三可调光分路器4的结构参数相同；
第一光延迟线6，其输入端口与所述第五输出端口相连；
第一相位调制器8，其输入端口与所述第六输出端口相连；
第二光延迟线7，其输入端口与所述第八输出端口相连，所述第二光延迟线7与所述第一光延迟线6的结构参数相同；
第二相位调制器9，其输入端口与所述第七输出端口相连，所述第二相位调制器9与所述第一相位调制器8的结构参数相同；
第五可调光分路器10，包括两输入端口，分别与第一光延迟线6和第一相位调制器8的输出端口相连；
第六可调光分路器11，包括两输入端口，分别与第二光延迟线7和第二相位调制器9的输出端口相连，所述第六可调光分路器11与所述第五可调光分路器10的结构参数相同。
一些实施例中，所述第一可调光分路器2、第二可调光分路器3、第三可调光分路器4、第四可调光分路器5、第一光延迟线6、第一相位调制器8、第二光延迟线7、第二相位调制器9、第五可调光分路器10及第六可调光分路器11均为光波导结构，并集成在同一衬底1上。
一些实施例中，所述不同量子密钥分发协议包括BB84相位协议、 BB84时间戳-相位协议、差分相移协议及相干态单光路协议。
一些实施例中，所述第一可调光分路器2、第二可调光分路器3、第三可调光分路器4、第四可调光分路器5、第五可调光分路器10和第六可调光分路器11为马赫-曾德尔干涉仪结构或定向耦合器结构，其中，所述马赫-曾德尔干涉仪结构的上臂光波导或下臂光波导上方分别设置加热电极、或其上臂光波导和下臂光波导上方同时设置加热电极，所述定向耦合器结构的两个耦合光波导上方同时设置加热电极。
一些实施例中，所述第一光延迟线6为弯曲波导结构。
一些实施例中，所述第一相位调制器8为上方设置加热电极的直波导结构。
一些实施例中，第一光延迟线6的长度大于第一相位调制器8的长度，且其长度差为ΔL＝cΔt/n，其中，c为真空中的光速，n为光波导折射率，Δ t为延迟时间。
一些实施例中，所述衬底1为硅、石英或III-V族半导体化合物材料。
一些实施例中，所述光波导结构的材料为二氧化硅、绝缘体上硅、氮化硅或III-V族半导体化合物材料。
一些实施例中，所述加热电极的材料为钛、钨或钛-钨合金。
(三)有益效果
通过上述技术方案可以看出，本发明提供的该用于量子密钥分发的可重构接收芯片，至少具有以下有益效果：
1)通过采用可重构单元架构，解决了多种不同量子密钥协议间的兼容问题，能够满足多种不同量子密钥分发协议解码需求；
2)芯片结构紧凑、集成度高、稳定性好，利于低成本推广应用。
附图说明
图1示出了本发明实施例中用于量子密钥分发的可重构接收芯片结构示意图；
图2示出了本发明实施例中BB84相位协议、BB84时间戳-相位协议解码过程示意图；
图3示出了本发明实施例中差分相移协议解码过程示意图；
图4示出了本发明实施例中相干态单路协议解码过程示意图。
图中：
衬底1 第一可调光分路器2
第二可调光分路器3 第三可调光分路器4
第四可调光分路器5 第一光延迟线6
第二光延迟线7 第一相位调制器8
第二相位调制器9 第五可调光分路器10
第六可调光分路器11
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
本发明提供了一种用于量子密钥分发的可重构接收芯片，其结构示意图请参见图1所示，该芯片包括：
第一可调光分路器2，用于将输入光信号可调节分光，其上配置不同量子密钥分发协议(本实施例中包括BB84相位协议、BB84时间戳-相位协议、差分相移协议及相干态单光路协议)的解码需求，且包括第一输出端口和第二输出端口；
第二可调光分路器3，用于将输入光信号可调节分光，其上配置不同量子密钥分发协议的解码需求，且包括第三输出端口和第四输出端口，其输入端口与第二输出端口相连；
第三可调光分路器4，用于将输入光信号可调节分光，包括第五输出端口和第六输出端口，且其输入端口与第三输出端口相连；
第四可调光分路器5，用于将输入光信号可调节分光，包括第七输出端口和第八输出端口，且其输入端口与第四输出端口相连，第四可调光分路器5与第三可调光分路器4的结构参数相同；
第一光延迟线6，用于延迟输入光信号，其输入端口与第五输出端口相连；
第一相位调制器8，用于调节输入光信号的相位，其输入端口与第六输出端口相连；
第二光延迟线7，用于延迟输入光信号，其输入端口与第八输出端口相连，第二光延迟线7与第一光延迟线6的结构参数相同；
第二相位调制器9，用于调节输入光信号的相位，其输入端口与第七输出端口相连，第二相位调制器9与第一相位调制器8的结构参数相同；
第五可调光分路器10，用于将输入光信号可调节分光，包括两输入端口，分别与第一光延迟线6和第一相位调制器8的输出端口相连；
第六可调光分路器11，用于将输入光信号可调节分光，包括两输入端口，分别与第二光延迟线7和第二相位调制器9的输出端口相连，第六可调光分路器11与第五可调光分路器10的结构参数相同；
其中，第一可调光分路器2、第二可调光分路器3、第三可调光分路器4、第四可调光分路器5、第一光延迟线6、第一相位调制器8、第二光延迟线7、第二相位调制器9、第五可调光分路器10及第六可调光分路器 11均为光波导结构，并集成在同一硅衬底1上，本实施例中，该光波导结构的材料二氧化硅。
需要说明的是，光波导结构的材料可选为二氧化硅、绝缘体上硅、氮化硅或III-V族半导体化合物材料，衬底1可选为硅、石英或III-V族半导体化合物材料，本发明对此不受限制。
优选地，本实施例中，第一可调光分路器2、第二可调光分路器3、第三可调光分路器4和第四可调光分路器5均采用马赫-曾德尔干涉仪结构，其上下臂光波导上方同时设置加热电极；第五可调光分路器10和第六可调光分路器11均采用定向耦合器结构，两个耦合光波导上方同时设置加热电极。
需要说明的是，第一可调光分路器2、第二可调光分路器3、第三可调光分路器4、第四可调光分路器5、第五可调光分路器10和第六可调光分路器11均可选为马赫-曾德尔干涉仪结构或定向耦合器结构。且选择马赫-曾德尔干涉仪结构时，在马赫-曾德尔干涉仪结构的上臂光波导或下臂光波导上方分别设置加热电极、或其上臂光波导和下臂光波导上方同时设置加热电极，选择定向耦合器结构时，在定向耦合器结构的两个耦合光波导上方同时设置加热电极。
优选地，本实施例中，第一光延迟线6为弯曲波导结构，第一相位调制器8为上方设置加热电极的直波导结构，且第一光延迟线6的长度大于第一相位调制器8的长度，其长度差为ΔL＝cΔt/n，其中，c为真空中的光速，n为光波导折射率，Δt为延迟时间，Δt与解码所对应的编码脉冲延迟时间一致。对加热电极施加一定的电压，利用二氧化硅的热光效应，通过改变光波导的折射率，从而进行可调节分光或相位调制。
需要说明的是，其中的加热电极的材料可选为钛、钨或钛-钨合金。
在具体实施工作时，首先在发射端完成量子态的制备后，光信号经光纤传输后进入本发明接收芯片的输入端口B或C，根据不同的量子密钥传输协议，通过可重构配置片上单元选择不同解码方式；本发明接收芯片的输入端口A仅为验证单元器件性能所设，实际解码过程中不作使用。以下列举几则本芯片在解码不同量子密钥分发传输协议时的工作方式：
(1)BB84相位协议
本实施例中BB84相位协议解码过程如图2所示。编码端制备四个量子态|0>、|1>、|+>、|->，携带量子态信息的具有相同功率、延迟时间为Δ t的双脉冲经光纤传输后进入本发明芯片的第一可调光分路器2的输入端口B或C。以光信号输入端口B为例，双脉冲经过第一可调光分路器2，通过对第一可调光分路器2的上下臂加热电极施加一定的电压，使得双脉冲在第一可调光分路器2的第一输出端口和第二输出端口以2：0比例分光后，单一进入第二可调光分路器3，通过对第二可调光分路器3的上下臂加热电极施加一定的电压，使得双脉冲在第二可调光 分路器3的第三输出端口和第四输出端口等比例分光后，分别以50％的概率进入到第三可调光分路器4和第四可调光分路器5中，通过对第三可调光分路器4和第四可调光分路器5的上下臂加热电极分别施加一定的电压，使得双脉冲在第三可调光分路器4的第五输出端口和第六输出端口，以及在第四可调光分路器 5的第七输出端口和第八输出端口分别进行不等比分光，以补偿双脉冲进入具有ΔL路程差的延迟线和相位调制器而产生的损耗差异，保证输出脉冲的功率均衡，从而实现高的干涉可见度，降低量子误码率。通过对第一相位调制器8和第二相位调制器9的加热电极分别施加不同的电压，调整校正脉冲之间的相位差，使之分别处于响应X基(对应量子态|+>、|->) 和Y基(对应量子态|0>、|1>)的状态，脉冲经过第五可调光分路器10 或第六可调光分路器11时，分别发生干涉，产生的三个脉冲由两个输出端口D、E或F、G输出，中间脉冲呈现相干增强或相干抵消状态，经由单光子探测器监测中间脉冲，分别对应不同的量子态。并且，为了调整由于工艺误差导致的两个输出端口功率不均，需要通过对第四可调光分路器5和第五可调光分路器10的两个耦合波导上方加热电极分别施加一定的电压，使得两个输出端口同时等比例输出，实现两个输出端口同时具有高的干涉可见度及低的量子误码率。
(2)BB84时间戳-相位协议
本实施例中BB84时间戳-相位协议解码过程亦如图2所示。编码端制备四个量子态|0>、|1>、|+>、|->，以量子态|+>、|->为例说明解码过程。携带量子态信息的具有相同功率、延迟时间为Δt的双脉冲经光纤传输后进入本发明芯片第一可调光分路器2的输入端口B或C。以光信号输入端口B为例，双脉冲经过第一可调光分路器2，通过对第一可调光分路器2的上下臂加热电极施加一定的电压，使得双脉冲在第一可调光分路器2的第一输出端口和第二输出端口以2∶0比例分光后，单一进入第二可调光分路器3中，通过对第二可调光分路器3的上下臂加热电极施加合适的电压，使得双脉冲在第二可调光分路器3的第三输出端口和第四输出端口以2∶0 或0∶2比例分光后，单一进入第三可调光分路器4或第四可调光分路器5 中，以第四可调光分路器5为例，通过对第四可调光分路器5的上下臂加热电极分别施加一定的电压，使得双脉冲在第四可调光分路器5的第七输出端口和第八输出端口分别进行不等比分光，以补偿双脉冲进入具有ΔL 路程差的延迟线和相位调制器而产生的损耗差异，保证输出脉冲的功率均衡，从而实现高的干涉可见度，降低量子误码率。通过对第二相位调制器 9的加热电极施加不同的电压，调整校正脉冲之间的相位差，使之处于响应Y基(对应量子态|+>、|->)的状态，脉冲经过第六可调光分路器11时发生干涉，产生的三个脉冲由分别两个输出端口D、E输出，中间脉冲呈现相干增强或相干抵消状态，经由单光子探测器监测中间脉冲，在输出端口D探测到光子代表量子态|+>，在输出端口E探测到光子代表量子态|->。并且，为了调整由于工艺误差导致的两个输出端口功率不均，需要通过对第六可调光分路器11的耦合波导上方加热电极分别施加一定的电压，使得两个输出端口同时等比例输出，实现两个输出端口同时具有高的干涉可见度及低的量子误码率。
(3)差分相移(DPS)协议
本实施例中差分相移协议解码过程如图3所示。编码端制备两个量子态为|0>、|1>，携带量子态信息的具有相同功率，并且相邻脉冲延迟时间为Δt的脉冲序列，经光纤传输后进入本发明芯片第一可调光分路器2的输入端口B或C。以光信号输入端口B为例，脉冲序列经过第一可调光分路器2，通过对第一可调光分路器2的上下臂加热电极施加一定的电压，使得连续脉冲在第一可调光分路器2的第一输出端口和第二输出端口以 2：0比例分光后，单一进入第二可调光分路器3中，通过对第二可调光分路器3的上下臂加热电极施加一定的电压，使得连续脉冲在第二可调光分路器3的第三输出端口和第四输出端口以2∶0或0∶2比例分光后，单一进入第三可调光分路器4或第四可调光分路器5中，以第三可调光分路器4 为例，通过对第三可调光分路器4的上下臂加热电极分别施加一定的电压，使得脉冲序列在第三可调光分路器4的第五输出端口和第六输出端口分别进行不等比分光，以补偿脉冲进入具有ΔL路程差的延迟线和相位调制器而产生的损耗差异，保证输出脉冲的功率均衡，从而实现高的干涉可见度，降低量子误码率。通过对第一相位调制器8的加热电极施加一定的电压，调整校正脉冲之间的相位差，使之处于响应的状态，脉冲经过第五可调光分路器10时，脉冲序列的相邻脉冲之间会发生干涉，之后由两个输出端口F、G输出，经由单光子探测器监测脉冲光强(响应)，不同端口响应对应不同的量子态，例如输出端口F响应时，对应量子态|0>，输出端口G 响应时，则对应量子态|1>。
(4)相干态单光路(COW)协议
本实施例中相干态单光路协议解码过程如图4所示。编码端制备三个量子态|0>、|1>，|d>(诱骗态)，携带量子态信息的相邻脉冲延迟时间为Δ t的脉冲序列，经光纤传输后进入本发明芯片第一可调光分路器2的输入端口B或C。以光信号输入端口B为例，脉冲序列经过第一可调光分路器 2，通过对第一可调光分路器2的上下臂加热电极施加一定的电压，使得脉冲序列在第一可调光分路器2的第一输出端口和第二输出端口以一定比例分光后，使小部分光通过第二输出端口进入第二可调光分路器3，大部分光进入第一输出端口H中。在第一输出端口H处经由单光子探测器监测，当在一个周期中的第一个脉冲测到信息时，代表比特0，反之则为1。对于诱骗态周期，考虑到微弱的光强及有限的探测效率，探测器的测量结果是随机的，这部分数据将被舍弃。脉冲序列经过第二可调光分路器3，通过对第二可调光分路器3的上下臂加热电极施加一定的电压，使得脉冲序列在第二可调光分路器3的第三输出端口和第四输出端口以2∶0或0∶2 比例分光后，单一进入第三可调光分路器4或第四可调光分路器5中，以第三可调光分路器4为例，在第三可调光分路器4中，通过对第三可调光分路器4的上下臂加热电极分别施加一定的电压，使得脉冲序列在第三可调光分路器4的第五输出端口和第六输出端口分别进行不等比分光，以补偿脉冲序列进入具有ΔL路程差的延迟线和相位调制器而产生的损耗差异，保证输出脉冲的功率均衡。通过对第一相位调制器8的加热电极施加不同的电压，调整校正脉冲之间的相位差，使之处于响应的状态，相邻的强度均不为0的两个脉冲经过第五可调光分路器10时，均会发生干涉，产生的脉冲由输出端口F或G输出，经由单光子探测器监测，在理想情况下，所有的干涉结果都应当在同一个探测器处响应。当存在窃听时，就可能导致另一个探测器响应。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于量子密钥分发的可重构接收芯片，其特征在于，包括：
第一可调光分路器(2)，包括第一输出端口和第二输出端口；
第二可调光分路器(3)，包括第三输出端口和第四输出端口，其输入端口与所述第二输出端口相连；
第三可调光分路器(4)，包括第五输出端口和第六输出端口，且其输入端口与所述第三输出端口相连；
第四可调光分路器(5)，包括第七输出端口和第八输出端口，且其输入端口与所述第四输出端口相连，所述第四可调光分路器(5)与所述第三可调光分路器(4)的结构参数相同；
第一光延迟线(6)，其输入端口与所述第五输出端口相连；
第一相位调制器(8)，其输入端口与所述第六输出端口相连；
第二光延迟线(7)，其输入端口与所述第八输出端口相连，所述第二光延迟线(7)与所述第一光延迟线(6)的结构参数相同；
第二相位调制器(9)，其输入端口与所述第七输出端口相连，所述第二相位调制器(9)与所述第一相位调制器(8)的结构参数相同；
第五可调光分路器(10)，包括两输入端口，分别与所述第一光延迟线(6)和所述第一相位调制器(8)的输出端口相连；
第六可调光分路器(11)，包括两输入端口，分别与所述第二光延迟线(7)和所述第二相位调制器(9)的输出端口相连，所述第六可调光分路器(11)与所述第五可调光分路器(10)的结构参数相同；
其中，所述第一可调光分路器(2)和所述第二可调光分路器(3)上均配置多个不同的量子密钥分发协议，所述多个不同的量子密钥分发协议包括BB84相位协议、BB84时间戳-相位协议、差分相移协议和/或相干态单光路协议。
2.根据权利要求1所述的用于量子密钥分发的可重构接收芯片，其特征在于，所述第一可调光分路器(2)、第二可调光分路器(3)、第三可调光分路器(4)、第四可调光分路器(5)、第一光延迟线(6)、第一相位调制器(8)、第二光延迟线(7)、第二相位调制器(9)、第五可调光分路器(10)及第六可调光分路器(11)均为光波导结构，并集成在同一衬底(1)上。
3.根据权利要求1所述的用于量子密钥分发的可重构接收芯片，其特征在于，所述第一可调光分路器(2)、第二可调光分路器(3)、第三可调光分路器(4)、第四可调光分路器(5)、第五可调光分路器(10)和第六可调光分路器(11)为马赫-曾德尔干涉仪结构或定向耦合器结构，其中，所述马赫-曾德尔干涉仪结构的上臂光波导或下臂光波导上方分别设置加热电极、或其上臂光波导和下臂光波导上方同时设置加热电极，所述定向耦合器结构的两个耦合光波导上方同时设置加热电极。
4.根据权利要求1所述的用于量子密钥分发的可重构接收芯片，其特征在于，所述第一光延迟线(6)为弯曲波导结构。
5.根据权利要求1所述的用于量子密钥分发的可重构接收芯片，其特征在于，所述第一相位调制器(8)为上方设置加热电极的直波导结构。
6.根据权利要求1所述的用于量子密钥分发的可重构接收芯片，其特征在于，所述第一光延迟线(6)的长度大于所述第一相位调制器(8)的长度，且其长度差为ΔL＝cΔt/n，其中，c为真空中的光速，n为光波导折射率，Δt为延迟时间。
7.根据权利要求1所述的用于量子密钥分发的可重构接收芯片，其特征在于，衬底(1)为硅、石英或III-V族半导体化合物材料。
8.根据权利要求2所述的用于量子密钥分发的可重构接收芯片，其特征在于，所述光波导结构的材料为二氧化硅、绝缘体上硅、氮化硅或III-V族半导体化合物材料。
9.根据权利要求3或5所述的用于量子密钥分发的可重构接收芯片，其特征在于，所述加热电极的材料为钛、钨或钛-钨合金。
CN202010359825.8A 2020-04-29 2020-04-29 用于量子密钥分发的可重构接收芯片 Active CN111555871B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010359825.8A CN111555871B (zh) 2020-04-29 2020-04-29 用于量子密钥分发的可重构接收芯片

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010359825.8A CN111555871B (zh) 2020-04-29 2020-04-29 用于量子密钥分发的可重构接收芯片

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111555871A CN111555871A (zh) 2020-08-18
CN111555871B true CN111555871B (zh) 2021-03-26

Family

ID=72007969

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010359825.8A Active CN111555871B (zh) 2020-04-29 2020-04-29 用于量子密钥分发的可重构接收芯片

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111555871B (zh)

Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101571612A (zh) * 2004-02-02 2009-11-04 中国科学技术大学 一种偏振控制编码方法、编码器和量子密钥分配系统
CN101599826A (zh) * 2009-07-10 2009-12-09 陕西理工学院 可扩展多用户量子密钥分配网络系统及其密钥分配方法
CN102368705A (zh) * 2011-11-14 2012-03-07 中国科学技术大学 对偏振编码量子密钥分配系统的攻击方法
WO2013009161A1 (en) * 2011-07-13 2013-01-17 Mimos Berhad Quantum states for 6dp quantum key distribution protocol
CN108462577A (zh) * 2018-03-27 2018-08-28 四川航天系统工程研究所 一种偏振编码量子密钥分发的解码器
CN109257109A (zh) * 2018-12-07 2019-01-22 中国人民解放军国防科技大学 一种量子保密通信光路
CN109478998A (zh) * 2016-05-11 2019-03-15 巴黎矿业电信学院 用于连续变量量子加密的相位参考共享方案
CN110113161A (zh) * 2019-05-08 2019-08-09 华南师范大学 一种诱骗态量子光脉冲的产生方法及装置
CN110166233A (zh) * 2019-05-14 2019-08-23 中国科学院半导体研究所 一种片上编码器
CN110190953A (zh) * 2019-05-14 2019-08-30 中国科学院半导体研究所 一种片上编码器
CN110198189A (zh) * 2019-07-11 2019-09-03 军事科学院系统工程研究院网络信息研究所 基于芯片集成光路的高维复用量子通信系统
CN110224819A (zh) * 2019-06-04 2019-09-10 中国科学院半导体研究所 一种用于时间bb84协议的片上解码器及解码方法
CN110224760A (zh) * 2019-06-13 2019-09-10 中国科学院半导体研究所 一种用于时间bb84协议的片上解码器及解码方法
CN110266397A (zh) * 2019-06-04 2019-09-20 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
CN110417550A (zh) * 2019-07-29 2019-11-05 中国科学院半导体研究所 一种用于量子密钥分发的编码芯片

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102621810B1 (ko) * 2017-01-16 2024-01-09 삼성전자주식회사 복수의 프로토콜을 이용한 통신 방법 및 그 전자 장치
CN207442862U (zh) * 2017-09-20 2018-06-01 安徽问天量子科技股份有限公司 用于多路量子密钥分发系统的同步装置

Patent Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101571612A (zh) * 2004-02-02 2009-11-04 中国科学技术大学 一种偏振控制编码方法、编码器和量子密钥分配系统
CN101599826A (zh) * 2009-07-10 2009-12-09 陕西理工学院 可扩展多用户量子密钥分配网络系统及其密钥分配方法
WO2013009161A1 (en) * 2011-07-13 2013-01-17 Mimos Berhad Quantum states for 6dp quantum key distribution protocol
CN102368705A (zh) * 2011-11-14 2012-03-07 中国科学技术大学 对偏振编码量子密钥分配系统的攻击方法
CN109478998A (zh) * 2016-05-11 2019-03-15 巴黎矿业电信学院 用于连续变量量子加密的相位参考共享方案
CN108462577A (zh) * 2018-03-27 2018-08-28 四川航天系统工程研究所 一种偏振编码量子密钥分发的解码器
CN109257109A (zh) * 2018-12-07 2019-01-22 中国人民解放军国防科技大学 一种量子保密通信光路
CN110113161A (zh) * 2019-05-08 2019-08-09 华南师范大学 一种诱骗态量子光脉冲的产生方法及装置
CN110166233A (zh) * 2019-05-14 2019-08-23 中国科学院半导体研究所 一种片上编码器
CN110190953A (zh) * 2019-05-14 2019-08-30 中国科学院半导体研究所 一种片上编码器
CN110224819A (zh) * 2019-06-04 2019-09-10 中国科学院半导体研究所 一种用于时间bb84协议的片上解码器及解码方法
CN110266397A (zh) * 2019-06-04 2019-09-20 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
CN110224760A (zh) * 2019-06-13 2019-09-10 中国科学院半导体研究所 一种用于时间bb84协议的片上解码器及解码方法
CN110198189A (zh) * 2019-07-11 2019-09-03 军事科学院系统工程研究院网络信息研究所 基于芯片集成光路的高维复用量子通信系统
CN110417550A (zh) * 2019-07-29 2019-11-05 中国科学院半导体研究所 一种用于量子密钥分发的编码芯片

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
《A modulator-free quantum key distribution transmitter chip》;Taofiq K等;《Quantum Information》;20190523;全文 *
《Single-photon interference using silica-based AMZI with phase modulation》;Meizhen Rena, Xiao Li等;《Optics and Laser Technology》;20191019;全文 *
Taofiq K. Paraïso等.《High Bit-Rate Quantum Communication Chips》.《IEEE》.2019, *

Also Published As

Publication number Publication date
CN111555871A (zh) 2020-08-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6877050B2 (ja) 量子系の制御のための技術ならびに関連のある系および方法
WO2021248810A1 (zh) 计算装置、计算方法以及计算系统
Rosenfeld et al. Remote preparation of an atomic quantum memory
Korolkova et al. Polarization squeezing and continuous-variable polarization entanglement
US8605288B2 (en) Optical system for creating interference between photons
US11556831B2 (en) Method and system for generation and control of high-dimensional multi-partite quantum states
Zhou et al. Semi-quantum private comparison protocol of size relation with d-dimensional Bell states
CN111585755B (zh) 片上单元可配置的多协议兼容量子密钥分发解码集成芯片
Zeng et al. High-dimensional multi-particle cat-like state teleportation
De Martini et al. Exploiting quantum parallelism of entanglement for a complete experimental quantum characterization of a single-qubit device
KR20230018381A (ko) N-큐비트 양자 게이트의 실행
Zhou et al. Parallel remote state preparation of arbitrary single-qubit states via linear-optical elements by using hyperentangled Bell states as the quantum channel
CN111555871B (zh) 用于量子密钥分发的可重构接收芯片
Dong et al. Programmable photonic integrated meshes for modular generation of optical entanglement links
Zhang et al. Demonstration of Deutsch’s algorithm on a stable linear optical quantum computer
CN110266397B (zh) 一种用于偏振bb84协议的片上解码器及解码方法
Shadbolt Complexity and control in quantum photonics
US20230252333A1 (en) Method and apparatus for processing and measuring photonic qubit signals
CN116149108A (zh) 量子纠缠光源解析结构和解析系统
Qiao et al. Multistage quantum swapping of vacuum-one-photon entanglement
JP7422647B2 (ja) 光変調器、光受信器、スピン軌道直積状態生成装置及び量子コンピュータ
Wang et al. Experimental boson sampling enabling cryptographic one-way function
Boyer et al. Attacks on fixed-apparatus quantum-key-distribution schemes
CN110224820B (zh) 一种用于偏振bb84协议的片上解码器及解码方法
MacFarlane et al. Multiple-valued logic physically unclonable function in photonic integrated circuits

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant