背景技术
量子通信技术是量子信息科学的一个重要分支,它是以量子态作为信息单元,利用量子力学的一些原理来传输和保护信息,通常把通信双方以量子态为信息载体,利用量子力学原理,通过量子信道传输,在保密通信双方之间建立共享密钥的方法。量子通讯,包含QKD(Quantum Key Distribution,量子密钥分发)及量子隐形传态等。具体地,量子通讯主要通过光纤进行量子数据传播。如果用户需求的量子密钥的数量较大而量子密钥的成码率低,则导致量子密钥生成速度低于消耗速度,最终导致量子密钥耗尽无法使用,影响量子保密通讯系统的正常运行。
量子通信的优势依赖于单量子态(如单光子)的奇异量子属性。现实条件下,理想的单光子源并不存在。诱骗态方法可以使得基于非理想单光子源的量子通信的安全性等价于理想单光子源,已广泛应用于实际量子保密通信。
现有的诱骗态方法通过如下两种方式实现:
1、利用光学和束单元实现诱骗态调制方案,具体如图1所示:
主控单元控制生成两路脉冲光,这两路脉冲光生成的控制方法完全一致。这两路脉冲光分别同时进入脉冲驱动电路A和脉冲驱动电路B,脉冲驱动电路A和脉冲驱动电路B同时输出的两路脉冲信号再分别输入至激光驱动电路A和激光驱动电路B,这两个激光驱动电路各输出一激光驱动信号至激光器电路A和激光器电路B,进一步分别输出第一路脉冲光和第二路脉冲光,在光学合束单元中选用a:b的光源合束单元,实现了两路脉冲光强的差异性完成诱骗态制备。在本方案中,第一路脉冲光和第二路脉冲光的生成方法完全一致。
利用光学和束单元实现诱骗态调制方案所存在的问题:1、需要两组脉冲光生成单元,硬件成本高。2、本方案中通过在光学合束单元内进行合束操作来实现采用光学合束单元实现诱骗态的调制,需要进行合束操作,因此用于控制脉冲光生成的控制单元中需要增加延时控制电路,控制该电路受到温度影响后会产生温度漂移,从而会导致合束效果漂移进而使得诱骗态、信号态信号按比例发生漂移,从而使得单光子的制备不准确,进一步对量子光产生影响,最终影响系统的成码率。3、该方案采用两路脉冲光源实现诱骗态制备,在设计中无法保证两路脉冲激光器的波长完全一致,存在安全性漏洞。
2、基于强度调制器实现的诱骗态制备方案,具体如图2所示:
控单元控制脉冲光源控制电路生成一路脉冲光依次通过脉冲驱动电路-激光器驱动电路-激光器电路后输出至光学编码单元。光学编码单元对脉冲光编码后发送至强度调制器(或脉冲光直接送给强度调制器进行诱骗态制备后再送给光学编码模块亦可)进行诱骗态的制备,制备后进行单光子制备最终输出量子光。在采用强度调制器进行诱骗态制备时,需要对强度调制器的设计用于调制光强的RF控制电路、DC控制电路以及对制备完成的诱骗态进行检测的光强检测电路,最终实现诱骗态的调制。
基于强度调制器实现的诱骗态制备方案所存在的问题:1、需要使用强度调制器并结合RF控制电路、DC控制电路和光功率检测组件实现诱骗态的制备,其硬件电路复杂度高,实现难度大,强度调制器本身的成本很高,导致诱骗态制备的成本高昂。2、强度调制器会受到温度、振动等因素影响导致诱骗态、信号态比例产生严重漂移,虽然采用维稳算法可以对漂移进行调节,但是由于强度调制器个体差异性大导致其算法实现复杂(不同的强度调制器需设计不同的调节算法),使得这种诱骗态制备方法的实际工程效果不佳。
所以如何能够提供一种实现方式简单且使得诱骗态制备过程不受温度影响的诱骗态制备方法及装置成为亟待解决的问题。
发明内容
本发明提供一种无需强度调制器实现的诱骗态制备方法及装置,用以解决现有技术中的诱骗态制备过程受到多激光器波长问题引入安全性漏洞、受到温度、振动等因素影响导致诱骗态和信号态比例产生漂移使得单光子的制备不准确,进一步对量子光产生影响,最终导致系统的成码率不合格的问题。
为了实现上述目的,本发明技术方案提供了一种无需强度调制器实现的诱骗态制备方法,其特征在于,包括:诱骗态激光器驱动电路接收由脉冲驱动组件发出的第一窄脉冲驱动信号及第一驱动配置电路输出的电压/电流,输出诱骗态脉冲信号;信号态激光器驱动电路接收由脉冲驱动组件发出的第二窄脉冲驱动信号及第二驱动配置电路输出的电压/电流,输出信号态脉冲信号。幅值不同的诱骗态脉冲信号和信号态脉冲信号分别被耦合后,激光器电路对接收到的耦合后的两个脉冲信号进行诱骗态制备,最终输出多强度脉冲光源。
作为上述技术方案的优选,较佳的,第一窄脉冲驱动信号和第二窄脉冲信号分别由脉冲驱动组件中的第一脉冲驱动电路和第二脉冲驱动电路发出。
作为上述技术方案的优选,较佳的,脉冲驱动组件由一脉冲驱动电路和一高速逻辑开关组成。高速逻辑开关接收脉冲驱动电路发出的一个持续的窄脉冲驱动信号,并根据主控单元发出的诱骗态控制选择信号控制第一窄脉冲驱动信号和第二窄脉冲驱动信号的生成。
作为上述技术方案的优选,较佳的,当诱骗态控制选择信号为诱骗态选择信号,则第一窄脉冲驱动信号生成,否则第二窄脉冲驱动信号生成。
作为上述技术方案的优选,较佳的,主控单元经第一驱动配置电路向所述诱骗态激光器驱动电路输出第一电压/电流,使得所述诱骗态激光器驱动电路输出诱骗态脉冲信号;
所述主控单元经第二驱动配置电路向所述信号态激光器驱动电路输出第二电压/电流,使得所述诱骗态激光器驱动电路输出信号态脉冲信号。
作为上述技术方案的优选,较佳的,诱骗态脉冲信号的脉冲幅值与第一电压/电流正相关,信号态脉冲信号的脉冲幅值与第二电压/电流正相关。
作为上述技术方案的优选,较佳的,分别对诱骗态脉冲信号和信号态脉冲信号耦合,将得到的耦合后诱骗态脉冲信号和耦合后信号态脉冲信号向同一激光器发出,以完成诱骗态制备。
本发明技术方案还提供了一种能够实现上述方法的一种无需强度调制器实现的诱骗态制备装置,包括:主控单元,用于向脉冲驱动组件发送驱动信号,还用于向诱骗态激光器驱动电路发送第一电压/电流,向信号态激光器驱动电路发送第二电压/电流。脉冲驱动组件,用于将接收到的驱动信号转化为第一窄脉冲驱动信号和第二窄脉冲驱动信号,并将第一窄脉冲信号发送至诱骗态激光器驱动电路,将第二窄脉冲信号发送至信号态激光器驱动电路。诱骗态激光器驱动电路用于,根据接收到的第一电压/电流对接收到的第一窄脉冲驱动信号的幅值进行调节,输出诱骗态脉冲信号。信号态激光器驱动电路用于,根据接收到的所述第二电压/电流对接收到的第二窄脉冲驱动信号的幅值进行调节,输出信号态脉冲信号。耦合元件,用于对诱骗态脉冲信号和信号态脉冲信号进行耦合。激光器电路,用于对接收到的耦合后的诱骗态脉冲信号和耦合后的信号态脉冲信号进行诱骗态制备,输出多强度脉冲光源。
作为上述技术方案的优选,较佳的,脉冲驱动组件,包括第一脉冲驱动电路和第二脉冲驱动电路。第一脉冲驱动电路用于,接收主控单元持续发出的诱骗态驱动信号后,向诱骗态激光器驱动电路发送第一窄脉冲驱动信号。第二脉冲驱动电路用于,接收主控单元持续发出的信号态驱动信号后,向信号态激光器驱动电路发送第二窄脉冲驱动信号。
作为上述技术方案的优选,较佳的,脉冲驱动组件,包括一脉冲驱动电路和一高速逻辑开关。所述脉冲驱动电路用于,根据从主控单元接收的持续的驱动信号向高速逻辑开关发送窄脉冲驱动信号。高速逻辑开关用于,根据主控单元发出的诱骗态控制选择信号向诱骗态激光器驱动电路发送第一窄脉冲信号或向信号态激光器驱动电路发送第二窄脉冲驱动信号。
本发明技术方案提供了一种无需强度调制器实现的诱骗态制备方法及装置,诱骗态激光器驱动电路接收由脉冲驱动组件发出的第一窄脉冲驱动信号及第一驱动配置电路输出的电压/电流,输出诱骗态脉冲信号。信号态激光器驱动电路接收由所述脉冲驱动组件发出的第二窄脉冲驱动信号及第二驱动配置电路输出的电压/电流,输出信号态脉冲信号。幅值不同的诱骗态脉冲信号和信号态脉冲信号分别被耦合后,激光器电路对接收到的耦合后的两个脉冲信号进行诱骗态制备,最终输出多强度脉冲光源。
本发明的优点是:通过采用单激光器实现诱骗态制备的目的,硬件实现简单,成本低、可靠性高。通过采用单激光器解决了现有技术中多激光器方案产生的波长不一致的问题,安全性高。无需强度调制器实现诱骗态的制备,无需复杂的算法对诱骗态制备过程维稳,其成本低、可靠性高、抗扰动性强,解决了强度调制器受到环境影响导致诱骗态比例漂移进而使得系统中成码率低的问题。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
图3为本发明的总实施例提供的流程示意图,如图3所示:
步骤101、诱骗态激光器驱动电路接收由脉冲驱动组件发出的第一窄脉冲驱动信号及第一驱动配置电路输出的电压/电流,输出诱骗态脉冲信号。
步骤102、信号态激光器驱动电路接收由脉冲驱动组件发出的第二窄脉冲驱动信号及第二驱动配置电路输出的电压/电流,输出信号态脉冲信号。
在步骤101和步骤102中所提及的脉冲驱动组件有两种不同的组成方式:
组成方式一:
脉冲驱动组件由第一脉冲驱动电路和第二脉冲驱动电路组成:第一窄脉冲驱动信号和第二窄脉冲信号分别由第一脉冲驱动电路和第二脉冲驱动电路分别发送至诱骗态激光器驱动电路和信号态激光器驱动电路。
组成方式二:
脉冲驱动组件由一脉冲驱动电路和一高速逻辑开关组成:脉冲驱动电路向高速逻辑开关持续发送一窄脉冲驱动信号,主控单元向高速逻辑开关持续发送诱骗态控制选择信号,高速逻辑开关根据此诱骗态控制选择信号输出第一窄脉冲驱动信号和第二窄脉冲驱动信号。具体的,当诱骗态控制选择信号为诱骗态选择信号第一窄脉冲驱动信号生成,否则则为信号态选择信号第二窄脉冲驱动信号生成。
进一步的,在步骤101和步骤102中:
主控单元具有两路驱动配置电路,分别用于向诱骗态激光器驱动电路输出第一电压/电流和向信号态激光器驱动电路输出第二电压/电流。
诱骗态激光器驱动电路接收第一窄脉冲驱动信号和第一电压/电流后生成幅值为第一电压/电流的诱骗态脉冲信号。
信号态激光器驱动电路接收第二窄脉冲驱动信号和第二电压/电流后生成幅值为第二电压/电流的信号态脉冲信号。
步骤103、幅值不同的诱骗态脉冲信号和信号态脉冲信号分别被耦合后,激光器电路对接收到的耦合后的两个脉冲信号进行诱骗态制备,输出多强度脉冲光源。
其中,耦合后诱骗态脉冲信号和耦合后信号态脉冲信号向同一激光器发出完成诱骗态制备。
现通过具体实施例对本发明所提供的技术方案进行说明:
实施例一:本实施例中脉冲驱动组件由第一脉冲驱动电路和第二脉冲驱动电路组成。
结合图4所示电路图:
第一脉冲驱动电路接收主控单元发送的诱骗态驱动信号后,向诱骗态激光器驱动电路发送窄脉冲驱动信号A。
第二脉冲驱动电路接收主控单元发送的信号态驱动信号后,向信号态激光器驱动电路发送窄脉冲驱动信号B。
主控单元中两个驱动配置接口各与一驱动配置电路连接,用于将两路激光器驱动电路的驱动电流/电压配置成不同的数值。具体的,将第一路驱动电路的电流配置为amA,第二路激光器驱动电流配置为bmA(a,b为自然数或小数)例如80mA、80.5mA。
当系统中需要发送诱骗态光强时(进行诱骗态制备),主控单元控制第一脉冲驱动电路输出窄脉冲驱动信号A(第一窄脉冲驱动信号)至诱骗态激光器驱动电路得到窄脉冲驱动信号Ao:具体的,诱骗态激光器驱动电路根据接收到的窄脉冲驱动信号A和amA电流输出幅值为a1mW的窄脉冲驱动信号Ao(诱骗态脉冲信号)。同理,主控单元控制第二脉冲驱动电路输出窄脉冲驱动信号B(第二窄脉冲驱动信号)至信号态激光器驱动电路得到窄脉冲驱动信号Bo:具体的,信号态激光器驱动电路根据接收到的窄脉冲驱动信号B和bmA电流输出幅值为b1mW的窄脉冲驱动信号Bo(信号态脉冲信号)。窄脉冲驱动信号Ao和窄脉冲驱动信号Bo分别被电阻/电容耦合后,都被同一激光器电路接收,此激光器电路发出具有不同幅值的多强度脉冲光源进而完成诱骗态制备。进一步如图5所示的无需强度调制器实现的诱骗态制备方法的示意图,图5中,光学编码单元对接收图4最终发出的多强度脉冲光源进行编码,将编码后的光源送入单光子制备组件进行制备,最终生成用于QKD系统的量子光。具体的,实施例一的原理的时序图如图6所示。
本实施例的优点是:不需要两路脉冲激光电路和光学合束单元进行诱骗态调制,避免了因多激光器波长问题引入的安全性漏洞。无需强度调制器实现诱骗态的制备,能够有效的降低硬件成本,同时避免了强度调制器受温度影响导致系统中诱骗态、信号态比例漂移问题;该电路连接简单、易于实现且稳定,无需光学元器件进行诱骗态制备。
实施例二:
本实施例中脉冲驱动组件由一脉冲驱动电路和一高速逻辑开关组成。
结合图7所示电路图:
脉冲驱动电路接收主控单元发送的驱动信号后生成一持续的窄脉冲驱动信号,并将此信号持续发送至高速逻辑开关。高速逻辑开关持续接收主控单元发送的诱骗态控制选择信号,根据此信号内容实现选择输出控制。具体的,当诱骗态控制选择信号与窄脉冲驱动信号均为高电平时,则为需要进行诱骗态输出,高速逻辑开关的通道1输出窄脉冲驱动信号A(第一窄脉冲驱动信号)至诱骗态激光器驱动电路;当诱骗态控制选择信号为低电平窄脉冲驱动信号为高电平时,则为需要进行信号态输出,高速逻辑开关的通道2输出窄脉冲驱动信号B(第二窄脉冲驱动信号)至信号态激光器驱动电路。进一步的,主控单元中两个驱动配置接口各与一驱动配置电路连接,用于将两路激光器驱动电路的驱动电流/电压配置成不同的数值。具体的,将第一路驱动电路的电流配置为cmA,第二路激光器驱动电流配置为dmA(c,d为自然数或小数)。主控单元通过这两个驱动配置接口给诱骗态激光器驱动电路和信号态激光器驱动电路提供不同的驱动电流或驱动电压。
诱骗态激光器驱动电路将接收到的窄脉冲驱动信号A和cmA电流,输出幅值为c1mW的窄脉冲驱动信号Ao(诱骗态脉冲信号)。同理,第二脉冲驱动电路输出窄脉冲驱动信号B至信号态激光器驱动电路得到窄脉冲驱动信号Bo,信号态激光器驱动电路将接收到的窄脉冲驱动信号B和dmA电流,输出幅值为d1mW的窄脉冲驱动信号Bo(信号态脉冲信号)。窄脉冲驱动信号Ao和窄脉冲驱动信号Bo分别被电阻/电容耦合后,被同一激光器接收,此激光器输出具有不同幅值的多强度脉冲光源进而完成诱骗态制备。进一步如图8所示的无需强度调制器实现的诱骗态制备方法的示意图,图8中,光学编码单元对接收图7最终发出的多强度脉冲光源合进行编码,将编码后的光源送入单光子制备组件进行制备,最终生成用于QKD系统的量子光。具体的,实施例一的原理时序图如图9所示。
本实施例的优点是:去掉一路脉冲驱动电路(由电平甄别电路、延时电路、窄脉冲生成电路组成),将其更换为高速逻辑开关电路,降低电路设计复杂度,节约了电路的硬件成本,进一步提高系统的可靠性。
本发明还提供一种无需强度调制器实现的诱骗态制备装置,如图10所示:
主控单元10,用于向脉冲驱动组件11发送驱动信号,还用于向诱骗态激光器驱动电路发送第一电压/电流,向信号态激光器驱动电路发送第二电压/电流。
脉冲驱动组件11,用于将接收到的驱动信号转化为第一窄脉冲驱动信号和第二窄脉冲驱动信号,并将第一窄脉冲信号发送至诱骗态激光器驱动电路,将第二窄脉冲信号发送至信号态激光器驱动电路。
诱骗态激光器驱动电路12用于,根据接收到的第一电压/电流对接收到的第一窄脉冲驱动信号的幅值进行调节,输出诱骗态脉冲信号。
信号态激光器驱动电路13用于,根据接收到的第二电压/电流对接收到的第二窄脉冲驱动信号的幅值进行调节,输出信号态脉冲信号。
耦合元件14,包括第一耦合元件141和第二耦合元件142,第一耦合元件141用于对骗态脉冲信号进行耦合,第二耦合元件142信号态脉冲信号进行耦合。
激光器电路15,用于对接收到的耦合后的诱骗态脉冲信号和耦合后的信号态脉冲信号进行诱骗态制备,输出多强度脉冲光源。
如图11所示,脉冲驱动组件11,包括第一脉冲驱动电路111和第二脉冲驱动电路112:
第一脉冲驱动电路111用于,接收主控单元10持续发出的诱骗态驱动信号后,向诱骗态激光器驱动电路12发送第一窄脉冲驱动信号。
第二脉冲驱动电路112用于,接收主控单元10持续发出的信号态驱动信号后,向信号态激光器驱动电路13发送第二窄脉冲驱动信号。
如图12所示,脉冲驱动组件11包括一脉冲驱动电路113和一高速逻辑开关114:
脉冲驱动电路113用于,根据从主控单元10接收的持续的驱动信号向高速逻辑开关114发送窄脉冲驱动信号。
高速逻辑开关114用于,根据主控单元10发出的诱骗态控制选择信号向诱骗态激光器驱动电路12发送第一窄脉冲信号或向信号态激光器驱动电路13发送第二窄脉冲驱动信号。
本发明技术方案提供了一种无需强度调制器实现的诱骗态制备方法及装置,诱骗态激光器驱动电路接收由脉冲驱动组件发出的第一窄脉冲驱动信号及第一驱动配置电路输出的电压/电流,输出诱骗态脉冲信号。信号态激光器驱动电路接收由所述脉冲驱动组件发出的第二窄脉冲驱动信号及第二驱动配置电路输出的电压/电流,输出信号态脉冲信号。幅值不同的诱骗态脉冲信号和信号态脉冲信号分别被耦合后,激光器电路对接收到的耦合后的两个脉冲信号进行诱骗态制备,最终输出多强度脉冲光源。
本发明的优点是:通过采用单激光器实现诱骗态制备的目的,硬件实现简单,成本低、可靠性高。通过采用单激光器解决了现有技术中多激光器方案产生的波长不一致的问题,安全性高。无需强度调制器实现诱骗态的制备,无需复杂的算法对诱骗态制备过程维稳,其成本低、可靠性高、抗扰动性强,解决了强度调制器受到环境影响导致诱骗态比例漂移进而使得系统中成码率低的问题。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。