CN113079009A - 一种时间-相位编码测量设备无关量子密钥分发系统 - Google Patents

Abstract

一种时间‑相位编码测量设备无关量子密钥分发系统，包括具有Alice时间‑相位编码模块的第一量子态制备端、具有Bob时间‑相位编码模块的第二量子态制备端以及一个测量端Charlie，其中Alice时间‑相位编码模块与Bob时间‑相位编码模块为均具有时间‑相位编码功能和自动补偿偏振变化功能的相同往返式结构。与现有技术相比，本发明仅使用单个激光器结合往返式结构，可消除2个激光器频率不一致的问题，同时可自动补偿信道偏振变化，无需采用主动纠偏模块。并且，通过采用光强调制器来进行连续光斩波的方式可以精确调整两路光的到达时间，无需使用高精度的光纤延时线。另外，本系统无需进行相位参考系校准，降低了系统的复杂度。

Description

一种时间-相位编码测量设备无关量子密钥分发系统

技术领域

本发明涉及量子偏振编码技术领域，特别涉及一种时间-相位编码测量设备无关量子密钥分发系统。

背景技术

量子密钥分发（quantum key distribution，QKD）可以为远距离的通信双方提供无条件安全的密钥分发，其信息理论安全性由量子力学的基本原理来保障。然而由于实际QKD系统的器件存在非完美性，与安全性理论模型存在一定的差距，导致其实际安全性降低。其中，测量端即单光子探测器部分存在的漏洞最多，是最容易受到攻击的部分。测量设备无关量子密钥分发协议（measurement-device-independent，MDI-QKD）的提出，移除了对测量端的可信要求，能够抵御所有针对测量端的攻击，大大提高了系统的实际安全性。

MDI-QKD协议中由合法通信双方Alice和Bob分别制备量子态，发送给不可信第三方Charlie进行贝尔态测量，相当于时间反演的EPR量子密钥分发协议。贝尔态测量的核心部分是Hong-Ou-Mandel（HOM）干涉，即由Alice和Bob发送的量子态在Charlie的分束器BS处干涉。HOM干涉对两个方向入射光子量子态的特性要求较高。要想获得较好的干涉结果，需要保证两个方向入射光子在到达时间、频率和偏振态上不可区分。而对于相位或时间相位编码的贝尔态测量情形，需要两路光子的相位参考系校准。在实际实现过程中，Alice和Bob发送的光子到达时间可以通过高精度的可调光纤延时线或电信号延时来保证一致性。然而对于频率和偏振态，由于Alice和Bob分处两地，一方面如果二者采用独立的激光器来制备量子态，很难保证二者的光谱完全一致，从而导致二者频率不一致；另一方面，光子分别从Alice和Bob两地经过光纤信道传输到Charlie端，由于光纤的双折射效应导致光子在传播过程中偏振态随环境随机变化，从而导致二者在到达Charlie端BS时偏振态不一致，需要采用主动纠偏模块校准二者的偏振态。因此，为了保证贝尔态测量的稳定性和准确性，实际的MDI-QKD系统大都采用复杂的稳定、补偿模块来保证光子的频率、偏振、到达时间以及相位的一致性和稳定性，大大降低MDI-QKD协议的实用性。

为了解决偏振不稳定的问题，专利CN107332627B提出了一种免疫信道偏振扰动的MDI-QKD系统，通过在量子态制备端加入扰偏装置，消除信道偏振变化对贝尔态测量的影响。然而该系统需采用2个激光器，仍存在中心波长不一致的问题，并且未考虑到达时间一致和相位参考系校准的问题。

而专利CN206364813U提出了一种基于“Plug & Play”结构的MDI-QKD系统，可以实现时间模式自动补偿，即无需增加主动的时间补偿模块就可以保证两路光子到达时间的精确一致性。并且只采用一个激光器，解决了光子中心波长不一致的问题。但是该方案需要增加两路量子态制备端之间的光纤信道，提高了实际应用的成本。另外，由于该方案中光信号仅单次经过光纤信道，只在量子态制备模块是往返光路，这与常规的“Plug & Play”结构中往返两次经过光纤信道不同，因此不能自动补偿光纤信道的偏振变化。

发明内容

针对现有技术存在以上缺陷，本发明提出一种时间-相位编码测量设备无关量子密钥分发系统，可满足仅使用单个激光器结合往返式结构，消除两个激光器频率不一致的问题，同时可自动补偿信道偏振变化，无需采用主动纠偏模块和相位参考系校准模块的技术效果。

本发明提供一种时间-相位编码测量设备无关量子密钥分发系统如下：

本发明的技术方案是这样实现的：

一种时间-相位编码测量设备无关量子密钥分发系统，包括具有Alice时间-相位编码模块的第一量子态制备端、具有Bob时间-相位编码模块的第二量子态制备端以及一个测量端Charlie，其中Alice时间-相位编码模块与Bob时间-相位编码模块为均具有时间-相位编码功能和自动补偿偏振变化功能的相同往返式结构，所述测量端Charlie包括一个连续激光器、一个可产生两路双脉冲序列的双脉冲序列生成模块、第一光路选择器件、第二光路选择器件以及一个贝尔测量装置，所述第一光路选择器件、第二光路选择器件分别通过第一光纤信道、第二光纤信道对应地与第一量子态制备端、第二量子态制备端连接，所述第一光路选择器件、第二光路选择器件的输入端均连接双脉冲序列生成模块，所述第一光路选择器件、第二光路选择器件的输出端均连接贝尔测量装置。

优选地，所述Alice时间-相位编码模块以及Bob时间-相位编码模块均包括法拉第旋转器FR、第一相位调制器PM1、第一偏振分束器PBS1、第一相位随机化模块PR1、第一强度调制器IM1和第一可调衰减器VOA1，所述法拉第旋转器FR、第一相位调制器PM1、第一偏振分束器PBS1相互连接构成萨格纳克环，所述萨格纳克环的输出端依次连接第一相位随机化模块PR1、第一强度调制器IM1和第一可调衰减器VOA1，所述第一可调衰减器VOA1连接第一光路选择器件或第二光路选择器件的可往返端口。

优选地，所述Alice时间-相位编码模块以及Bob时间-相位编码模块均包括依次连接的法拉第反射镜FM、第二相位调制器PM2、第二相位随机化模块PR2、第二强度调制器IM2和第二可调衰减器VOA2，所述第二可调衰减器VOA2连接第一光路选择器件或第二光路选择器件的可往返端口。

优选地，所述第一光路选择器件、第二光路选择器件为对应的第一光纤环形器、第二光纤环形器，所述双脉冲序列生成模块包括第一保偏分束器BS1，第三强度调制器IM3、第四强度调制器IM4、第二偏振分束器PBS2和第三偏振分束器PBS3，所述第一保偏分束器BS1与第二偏振分束器PBS2组成等臂干涉仪，所述第二偏振分束器PBS2和第三偏振分束器PBS3组成不等臂干涉仪，所述第三强度调制器IM3、第四强度调制器IM4位于等臂干涉仪两个臂上，且分别与第二偏振分束器PBS2之间的保偏光纤进行45°熔接，所述贝尔测量装置包括第二保偏分束器BS2、第三保偏分束器BS3、第四偏振分束器PBS4以及第五偏振分束器PBS5，所述第二保偏分束器BS2、第四偏振分束器PBS4、第三保偏分束器BS3以及第五偏振分束器PBS5依次并首尾连接成环形结构，所述第二保偏分束器BS2连接有第一单光子探测器、第二单光子探测器，所述第三保偏分束器BS3连接有第三单光子探测器、第四单光子探测器，所述第四偏振分束器PBS4连接第一环形器的输出端，所述第五偏振分束器PBS5连接第二环形器的输出端，所述第三偏振分束器PBS3的两输出端分别连接第一环形器与第二环形器的输入端。

优选地，所述第一光路选择器件、第二光路选择器件为对应的第八偏振分束器PBS8、第九偏振分束器PBS9，所述双脉冲序列生成模块包括第四保偏分束器BS4、第五保偏分束器BS5，第五强度调制器IM5、第六强度调制器IM6、第六偏振分束器PBS6和第七偏振分束器PBS7，所述第四保偏分束器BS4与第六偏振分束器PBS6组成等臂干涉仪，所述第六偏振分束器PBS6和第五保偏分束器BS5组成不等臂干涉仪，所述第五强度调制器IM5、第六强度调制器IM6位于等臂干涉仪两个臂上，且分别与第六偏振分束器PBS6之间的保偏光纤进行45°熔接，所述第五保偏分束器BS5的输出端连接第七偏振分束器PBS7，所述第七偏振分束器PBS7的两输出端分别连接第八偏振分束器PBS8、第九偏振分束器PBS9的输入端，所述贝尔测量装置包括第六保偏分束器BS6，所述第六保偏分束器BS6的两输入端分别连接第八偏振分束器PBS8、第九偏振分束器PBS9的输出端，第六保偏分束器BS6的两输出端分别连接第五单光子探测器、第六单光子探测器。

与现有技术相比，本发明有以下有益效果：

本发明提出一种时间-相位编码测量设备无关量子密钥分发系统，仅使用单个激光器结合往返式结构，可消除2个激光器频率不一致的问题，同时可自动补偿信道偏振变化，无需采用主动纠偏模块。并且，通过采用光强调制器来进行连续光斩波的方式可以精确调整两路光的到达时间，无需使用高精度的光纤延时线。另外，由于两个量子态制备端产生的X基量子态来自于同一个不等臂干涉仪，因此无需进行相位参考系校准，降低了系统的复杂度。

附图说明

图1为本发明一种时间-相位编码测量设备无关量子密钥分发系统的原理框图；

图2为时间-相位编码模块实施例一的原理框图；

图3为时间-相位编码模块实施例二的原理框图；

图4为本发明时间-相位编码测量设备无关量子密钥分发系统实施例一的原理框图；

图5为本发明时间-相位编码测量设备无关量子密钥分发系统实施例二的原理框图。

图中：第一量子态制备端100，第二量子态制备端200，测量端Charlie300，连续激光器310，双脉冲序列生成模块320，第一光路选择器件330，第二光路选择器件340，贝尔测量装置350，第一光纤信道400，第二光纤信道500。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明进行清楚、完整地描述。

如图1所示，一种时间-相位编码测量设备无关量子密钥分发系统，包括具有Alice时间-相位编码模块的第一量子态制备端100、具有Bob时间-相位编码模块的第二量子态制备端200以及一个测量端Charlie300，其中Alice时间-相位编码模块与Bob时间-相位编码模块为均具有时间-相位编码功能和自动补偿偏振变化功能的相同往返式结构，所述测量端Charlie包括一个连续激光器310、一个可产生两路双脉冲序列的双脉冲序列生成模块320、第一光路选择器件330、第二光路选择器件340以及一个贝尔测量装置350，所述双脉冲序列生成模块320产生的两路双脉冲序列之间的延时可调，且偏振态相同，所述第一光路选择器件330、第二光路选择器件340分别通过第一光纤信道400、第二光纤信道500对应地与第一量子态制备端100、第二量子态制备端200连接，所述第一光路选择器件330、第二光路选择器件340的输入端均连接双脉冲序列生成模块320，所述第一光路选择器件330、第二光路选择器件340的输出端均连接贝尔测量装置350，所述测量端Charlie300各部件之间连接的光纤均为保偏光纤。

具体量子密钥分发过程如下：

连续激光器310产生一束连续光，经过双脉冲序列生成模块320之后，生成两路延时可调的双脉冲序列S1和S2。

其中双脉冲序列S1从第一光路选择器件330的1端口进入，并从其2端口输出进入第一光纤信道400，到达第一量子态制备端100进行时间-相位编码后被反射回第一光纤信道400。由于第一量子态制备端100具有被动偏振补偿功能，Alice时间-相位编码模块制备的量子态到达第一光路选择器件330的2端口时偏振方向旋转90°，从第一光路选择器件330的3端口输出，最后进入贝尔测量装置350。

类似地，双脉冲序列S2从第二光路选择器件340的1端口进入，并从第二光路选择器件340的2端口输出进入第二光纤信道500，到达第二量子态制备端200进行时间-相位编码后被反射回第二光纤信道500。由于第二量子态制备端200具有被动偏振补偿功能，Bob时间-相位编码模块制备的量子态到达第二光路选择器件340的2端口时偏振方向旋转90°，从第二光路选择器件340的3端口输出，最后从另一个方向进入贝尔测量装置350。

从第一量子态制备端100和第二量子态制备端200返回的两路量子态同时进入贝尔测量装置350进行部分贝尔态测量。贝尔测量是HOM双光子干涉，需要保证两路光子波长、偏振态、到达时间以及相位参考系一致，本发明可以同时满足这4个自由度的要求：

（1）进入贝尔测量装置350的两路光信号产生自连续激光器310，因此具有完全一致的波长。

（2）双脉冲序列生成模块320产生的两路双脉冲序列具有相同的偏振态，返回后偏振态又同时旋转了90°，因此进入贝尔测量装置350的两路光信号具有相同的偏振态，无需采用主动纠偏装置。

（3）双脉冲序列生成模块320具备两路信号延时可调功能，可以精确调节二者到达贝尔测量装置350的时间。

（4）两路双脉冲序列在双脉冲序列生成模块320中经历了相同的光路，因此二者之间共享相同的相位参考系，无需使用主动相位参考系校准系统。

本方案可以保证贝尔测量350中双光子干涉所依赖的两路光子波长、偏振态、到达时间以及相位参考系均能够较为精确地保持一致，因此可以获得良好的干涉结果，保证系统的稳定性和准确性。

如图2所示，Alice时间-相位编码模块以及Bob时间-相位编码模块的实施例一，所述Alice时间-相位编码模块以及Bob时间-相位编码模块均包括法拉第旋转器FR、第一相位调制器PM1、第一偏振分束器PBS1、第一相位随机化模块PR1、第一强度调制器IM1和第一可调衰减器VOA1，所述法拉第旋转器FR、第一相位调制器PM1、第一偏振分束器PBS1相互连接构成萨格纳克环，所述萨格纳克环的输出端依次连接第一相位随机化模块PR1、第一强度调制器IM1和第一可调衰减器VOA1，所述第一可调衰减器VOA1连接第一光路选择器件或第二光路选择器件的可往返端口，双脉冲序列入射到Alice时间-相位编码模块以及Bob时间-相位编码模块，进行时间-相位编码的调制。其中，萨格纳克环用于反射光信号，自动补偿光信号的偏振变化，并且当第一相位调制器PM1调制双脉冲之间的相位差为0或π时，制备的量子态为

。第一相位随机化模块PR1用于对双脉冲序列进行全局相位随机化，消除单光子干涉效果。第一强度调制器IM1用于制备时间模式

和

以及诱骗态。第一可调衰减器VOA1用于将光信号衰减到单光子量级。

如图3所示，Alice时间-相位编码模块以及Bob时间-相位编码模块的实施例二，所述Alice时间-相位编码模块以及Bob时间-相位编码模块均包括依次连接的法拉第反射镜FM、第二相位调制器PM2、第二相位随机化模块PR2、第二强度调制器IM2和第二可调衰减器VOA2，所述第二可调衰减器VOA2连接第一光路选择器件或第二光路选择器件的可往返端口，双脉冲序列入射到Alice时间-相位编码模块以及Bob时间-相位编码模块，进行时间-相位编码的调制。其中，法拉第反射镜FM用于反射光信号，自动补偿光信号的偏振变化。第二相位调制器PM2用于调制双脉冲之间的相位差为0或π时，制备的量子态为

。第二相位随机化模块PR2用于对双脉冲序列进行全局相位随机化，消除单光子干涉效果。第二强度调制器IM2用于制备时间模式

和

以及诱骗态。第二可调衰减器VOA2用于将光信号衰减到单光子量级。

如图4所示，本发明量子密钥分发系统的实施例一：

所述测量端Charlie300的结构为：所述第一光路选择器件330、第二光路选择器件340为对应的第一光纤环形器、第二光纤环形器，所述双脉冲序列生成模块320包括第一保偏分束器BS1，第三强度调制器IM3、第四强度调制器IM4、第二偏振分束器PBS2和第三偏振分束器PBS3，所述第一保偏分束器BS1与第二偏振分束器PBS2组成等臂干涉仪，所述第二偏振分束器PBS2和第三偏振分束器PBS3组成不等臂干涉仪，所述第三强度调制器IM3、第四强度调制器IM4位于等臂干涉仪两个臂上，且分别与第二偏振分束器PBS2之间的保偏光纤进行45°熔接，所述贝尔测量装置包括第二保偏分束器BS2、第三保偏分束器BS3、第四偏振分束器PBS4以及第五偏振分束器PBS5，所述第二保偏分束器BS2、第四偏振分束器PBS4、第三保偏分束器BS3以及第五偏振分束器PBS5依次并首位连接成环形结构，所述第二保偏分束器BS2连接有第一单光子探测器、第二单光子探测器，所述第三保偏分束器BS3连接有第三单光子探测器、第四单光子探测器，所述第四偏振分束器PBS4连接第一环形器的输出端，所述第五偏振分束器PBS5连接第二环形器的输出端，所述第三偏振分束器PBS3的两输出端分别连接第一环形器与第二环形器的输入端。

所述第一量子态制备端100与第二量子态制备端200的结构采用Alice时间-相位编码模块以及Bob时间-相位编码模块的实施例一。实施例一量子密钥分发过程包括为：

连续激光器310产生连续光沿着保偏光纤慢轴传播，被第一保偏分束器BS1分为两束，第一束由第三强度调制器IM3进行斩波，产生第一光脉冲P1，第二束由第四强度调制器IM4进行斩波，产生第二光脉冲P2。

第一光脉冲P1经过45°熔接的保偏光纤之后，偏振态旋转45°，然后被第二偏振分束器PBS2分解成两个幅度相同的偏振分量，分别走不等臂干涉仪的长臂和短臂，且均沿保偏光纤的慢轴传播，两个偏振分量均从第三偏振分束器PBS3的a端口出射，形成前后2个子光脉冲P1S和P1L，且偏振状态相互垂直，其中P1S和P1L分别沿第二偏振分束器PBS2的a端口和第一光纤环形器的1端口之间的保偏光纤慢轴和快轴传播，分别记为P1SH和P1LV。随后，前后两个子脉冲经第一光纤环形器进入到第一光纤信道400，然后进入第一量子态制备端100。由于Alice时间-相位编码模块具有将光信号偏振态旋转90°的功能，因此从第一量子态制备端100返回到第一光纤环形器的2端口的量子态前一个个脉冲时间模式沿保偏光纤的快轴，后一个时间模式沿保偏光纤慢轴传播，与出射时相互垂直。最后量子态从第一光纤环形器的2端口进入3端口，最终进入贝尔测量装置350。

第二光脉冲P2经过45°熔接的保偏光纤之后，偏振态旋转45°，然后被第二偏振分束器PBS2分解成两个幅度相同的偏振分量，分别走不等臂干涉仪的长臂和短臂，且均沿保偏光纤的快轴传播，两个偏振分量均从第三偏振分束器PBS3的b端口出射，形成前后2个子光脉冲P2S和P2L，且偏振状态相互垂直，其中P2S和P2L分别沿第二偏振分束器PBS2的b端口和第二光纤环形器的1端口之间的保偏光纤慢轴和快轴传播，分别记为P2SH和P2LV。随后，前后两个子脉冲经第二光纤环形器进入到第二光纤信道500，然后进入第二量子态制备端。从第二量子态制备端200返回到第二光纤环形器的2端口的量子态前一个个脉冲时间模式沿保偏光纤的快轴，后一个时间模式沿保偏光纤慢轴传播，与出射时相互垂直。最后量子态从第二光纤环形器的2端口进入3端口，最终从另一个方向进入贝尔测量装置350。

可以看出，从两个方向进入贝尔测量装置350的量子态在相应的时间模式上偏振态相同，且不同的时间模式的偏振态相互垂直，满足干涉偏振态一致的要求。另外，两个量子态来自同一连续激光器，具有相同的波长；到达贝尔测量装置的时间可以通过调节第三强度调制器IM3、第四强度调制器IM4之间电信号的相对延时实现精确的同时到达；两个量子态由于来自于同一个不等臂干涉仪，因此二者之间的相位参考系相同，无需进行补偿。最终，通过本方案的实施，可以保证贝尔测量的稳定性与准确性。

如图5所示，本发明量子密钥分发系统的实施例二：

所述测量端Charlie300的结构为：所述第一光路选择器件、第二光路选择器件为对应的第八偏振分束器PBS8、第九偏振分束器PBS9，所述双脉冲序列生成模块包括第四保偏分束器BS4、第五保偏分束器BS5，第五强度调制器IM5、第六强度调制器IM6、第六偏振分束器PBS6和第七偏振分束器PBS7，所述第四保偏分束器BS4与第六偏振分束器PBS6组成等臂干涉仪，所述第六偏振分束器PBS6和第五保偏分束器BS5组成不等臂干涉仪，所述第五强度调制器IM5、第六强度调制器IM6位于等臂干涉仪两个臂上，且分别与第六偏振分束器PBS6之间的保偏光纤进行45°熔接，所述第五保偏分束器BS5的输出端连接第七偏振分束器PBS7，所述第七偏振分束器PBS7的两输出端分别连接第八偏振分束器PBS8、第九偏振分束器PBS9的输入端，所述贝尔测量装置包括第六保偏分束器BS6，所述第六保偏分束器BS6的两输入端分别连接第八偏振分束器PBS8、第九偏振分束器PBS9的输出端，第六保偏分束器BS6的两输出端分别连接第五单光子探测器、第六单光子探测器。

所述第一量子态制备端100与第二量子态制备端200的结构采用Alice时间-相位编码模块以及Bob时间-相位编码模块的实施例二。实施例二量子密钥分发过程包括为：

连续激光器310产生连续光沿着保偏光纤慢轴传播，被第四保偏分束器BS4分为两束，第一束由第五强度调制器IM5进行斩波，产生第一光脉冲P1，第二束由第六强度调制器IM6进行斩波，产生第二光脉冲P2。

第一光脉冲P1经过45°熔接的保偏光纤之后，偏振态旋转45°，然后被第六偏振分束器PBS6分解成两个幅度相同的偏振分量，分别走不等臂干涉仪的长臂和短臂，且均沿保偏光纤的慢轴传播，从第五保偏分束器BS5出射时形成前后2个子光脉冲P1S和P1L，在第五保偏分束器BS5和第七偏振分束器PBS7之间的保偏光纤中沿慢轴传播。随后，P1S和P1L从第七偏振分束器PBS7透射，从第七偏振分束器PBS7的a端口输出，在第七偏振分束器PBS7和第八偏振分束器PBS8之间的保偏光纤中沿慢轴传播，经第八偏振分束器PBS8进入到第一光纤信道400，然后进入第一量子态制备端100。由于Alice时间-相位编码模块具有将光信号偏振态旋转90°的功能，因此从第一量子态制备端100返回到第八偏振分束器PBS8的量子态的偏振与出射时相互垂直，被第八偏振分束器PBS8反射最终进入贝尔测量装置350。

第二光脉冲P2经过45°熔接的保偏光纤之后，偏振态旋转45°，然后被第六偏振分束器PBS6分解成两个幅度相同的偏振分量，分别走不等臂干涉仪的长臂和短臂，且均沿保偏光纤的快轴传播，从第五保偏分束器BS5出射时形成前后2个子光脉冲P2S和P2L，在第五保偏分束器BS5和第七偏振分束器PBS7之间的保偏光纤中沿快轴传播。随后，P2S和P2L从第七偏振分束器PBS7反射射，从第七偏振分束器PBS7的b端口输出，在第七偏振分束器PBS7和第九偏振分束器PBS9之间的保偏光纤中沿慢轴传播，经第九偏振分束器PBS9进入到第二光纤信道500，然后进入第二量子态制备端200。由于Bob时间-相位编码模块具有将光信号偏振态旋转90°的功能，因此从第二量子态制备端200返回到第九偏振分束器PBS9的量子态的偏振与出射时相互垂直，被第九偏振分束器PBS9反射最终从另一个方向进入贝尔测量装置350。

可以看出，从两个方向进入贝尔测量装置350的量子态偏振态相同，满足干涉偏振态一致的要求。另外，两个量子态来自同一连续激光器，具有相同的波长；到达贝尔测量装置350的时间可以通过调节第五强度调制器IM5、第六强度调制器IM6之间电信号的相对延时实现精确的同时到达；两个量子态由于来自于同一个不等臂干涉仪，因此二者之间的相位参考系相同，无需进行补偿。最终，通过本方案的实施，可以保证贝尔测量的稳定性与准确性。

综合本发明实施例可知，本发明提出一种时间-相位编码测量设备无关量子密钥分发系统，仅使用单个激光器结合往返式结构，可消除2个激光器频率不一致的问题，同时可自动补偿信道偏振变化，无需采用主动纠偏模块。并且，通过采用光强调制器来进行连续光斩波的方式可以精确调整两路光的到达时间，无需使用高精度的光纤延时线。另外，由于两个量子态制备端产生的X基量子态来自于同一个不等臂干涉仪，因此无需进行相位参考系校准，降低了系统的复杂度。

Claims (5)

1.一种时间-相位编码测量设备无关量子密钥分发系统，包括具有Alice时间-相位编码模块的第一量子态制备端、具有Bob时间-相位编码模块的第二量子态制备端以及一个测量端Charlie，其中Alice时间-相位编码模块与Bob时间-相位编码模块为均具有时间-相位编码功能和自动补偿偏振变化功能的相同往返式结构，所述测量端Charlie包括一个连续激光器、一个可产生两路双脉冲序列的双脉冲序列生成模块、第一光路选择器件、第二光路选择器件以及一个贝尔测量装置，所述第一光路选择器件、第二光路选择器件分别通过第一光纤信道、第二光纤信道对应地与第一量子态制备端、第二量子态制备端连接，所述第一光路选择器件、第二光路选择器件的输入端均连接双脉冲序列生成模块，所述第一光路选择器件、第二光路选择器件的输出端均连接贝尔测量装置。

2.如权利要求1所述的时间-相位编码测量设备无关量子密钥分发系统，其特征在于，所述Alice时间-相位编码模块以及Bob时间-相位编码模块均包括法拉第旋转器FR、第一相位调制器PM1、第一偏振分束器PBS1、第一相位随机化模块PR1、第一强度调制器IM1和第一可调衰减器VOA1，所述法拉第旋转器FR、第一相位调制器PM1、第一偏振分束器PBS1相互连接构成萨格纳克环，所述萨格纳克环的输出端依次连接第一相位随机化模块PR1、第一强度调制器IM1和第一可调衰减器VOA1，所述第一可调衰减器VOA1连接第一光路选择器件或第二光路选择器件的可往返端口。

3.如权利要求1所述的时间-相位编码测量设备无关量子密钥分发系统，其特征在于，所述Alice时间-相位编码模块以及Bob时间-相位编码模块均包括依次连接的法拉第反射镜FM、第二相位调制器PM2、第二相位随机化模块PR2、第二强度调制器IM2和第二可调衰减器VOA2，所述第二可调衰减器VOA2连接第一光路选择器件或第二光路选择器件的可往返端口。

4.如权利要求1或2或3所述的时间-相位编码测量设备无关量子密钥分发系统，其特征在于，所述第一光路选择器件、第二光路选择器件为对应的第一光纤环形器、第二光纤环形器，所述双脉冲序列生成模块包括第一保偏分束器BS1，第三强度调制器IM3、第四强度调制器IM4、第二偏振分束器PBS2和第三偏振分束器PBS3，所述第一保偏分束器BS1与第二偏振分束器PBS2组成等臂干涉仪，所述第二偏振分束器PBS2和第三偏振分束器PBS3组成不等臂干涉仪，所述第三强度调制器IM3、第四强度调制器IM4位于等臂干涉仪两个臂上，且分别与第二偏振分束器PBS2之间的保偏光纤进行45°熔接，所述贝尔测量装置包括第二保偏分束器BS2、第三保偏分束器BS3、第四偏振分束器PBS4以及第五偏振分束器PBS5，所述第二保偏分束器BS2、第四偏振分束器PBS4、第三保偏分束器BS3以及第五偏振分束器PBS5依次并首尾连接成环形结构，所述第二保偏分束器BS2连接有第一单光子探测器、第二单光子探测器，所述第三保偏分束器BS3连接有第三单光子探测器、第四单光子探测器，所述第四偏振分束器PBS4连接第一环形器的输出端，所述第五偏振分束器PBS5连接第二环形器的输出端，所述第三偏振分束器PBS3的两输出端分别连接第一环形器与第二环形器的输入端。

5.如权利要求1或2或3所述的时间-相位编码测量设备无关量子密钥分发系统，其特征在于，所述第一光路选择器件、第二光路选择器件为对应的第八偏振分束器PBS8、第九偏振分束器PBS9，所述双脉冲序列生成模块包括第四保偏分束器BS4、第五保偏分束器BS5，第五强度调制器IM5、第六强度调制器IM6、第六偏振分束器PBS6和第七偏振分束器PBS7，所述第四保偏分束器BS4与第六偏振分束器PBS6组成等臂干涉仪，所述第六偏振分束器PBS6和第五保偏分束器BS5组成不等臂干涉仪，所述第五强度调制器IM5、第六强度调制器IM6位于等臂干涉仪两个臂上，且分别与第六偏振分束器PBS6之间的保偏光纤进行45°熔接，所述第五保偏分束器BS5的输出端连接第七偏振分束器PBS7，所述第七偏振分束器PBS7的两输出端分别连接第八偏振分束器PBS8、第九偏振分束器PBS9的输入端，所述贝尔测量装置包括第六保偏分束器BS6，所述第六保偏分束器BS6的两输入端分别连接第八偏振分束器PBS8、第九偏振分束器PBS9的输出端，第六保偏分束器BS6的两输出端分别连接第五单光子探测器、第六单光子探测器。

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