CN115883089B - 偏振选择调相干涉仪、量子密钥分发装置、系统及网络 - Google Patents
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Abstract
本发明属于量子安全通信技术领域，公开了一种偏振选择调相干涉仪，包括第一分束器、第一延时调相模块、第二延时调相模块和合束模块；本发明还公开了量子密钥分发装置、系统及网络，与现有技术相比，本发明利用偏振选择调相干涉仪同时实现独立编解码功能，并将发射模块和接收模块集成，可提高量子密钥分发系统的安全成码率，时间模式采用偏振复用时可将安全成码率提高至4倍；量子密钥分发装置为收发一体，可同时收发密钥；编解码共用一套干涉仪，时序控制简单，便于进行相位补偿，降低了系统的复杂度和成本；量子密钥分发装置可任意配对、组网，实现全时全通的环状网络，具有较强的灵活性和实用性。
Description
技术领域
本发明涉及量子安全通信技术领域，特别涉及一种偏振选择调相干涉仪、量子密钥分发装置、系统及网络。
背景技术
随着科技与社会发展，数据与通信安全变得越来越重要。量子密钥分发可以为通信双方提供信息理论安全性，可用于保证数据传输与通信的安全性，然而当前量子密钥分发系统的密钥产生速率无法满足日益增长的加密速率需求。
现有技术，通过提高量子密钥分发系统的重复频率来提高密钥生成速率，然而由于电子学调制速率以及单光子探测器的探测速率限制，进一步提高将变得愈加困难。因此，常采用多种复用方式将多个量子密钥分发系统集成在一起，来提高整体密钥生成速率。如专利CN108599929A则采用偏振复用量子密钥分发方案，收发双方通过偏振相互垂直的光信号与对方进行量子密钥分发，可以将安全成码率提高一倍。然而该方案对安全成码率的提升有限，并且需要采用两套独立的光学系统通过偏振分束器进行偏振复用，不仅造成光学器件的浪费，增加了系统成本，而且增大了系统的复杂度和体积。专利CN101814988A通过波分复用的方式集成多个量子密钥分发系统，但是需要占用多个波长资源，且各波长之间会产生噪声进行相互影响，从而降低密钥率。另外，现有量子密钥分发组网方案中，节点之间需要两两分别进行量子密钥分发过程，常规的量子密钥分发设备区分发送端和接收端，因此需要在每个节点部署多台设备，导致组网成本较高且占用体积较大。
发明内容
针对现有技术存在以上缺陷，本发明提出一种偏振选择调相干涉仪、量子密钥分发装置、系统及网络。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种偏振选择调相干涉仪，包括第一分束器、第一延时调相模块、第二延时调相模块和合束模块；
所述第一分束器第三端口与合束模块的第一端口相连，构成所述干涉仪的短臂；所述第一分束器的第二端口与第一延时调相模块的第一端口相连，所述第一延时调相模块的第二端口与第二延时调相模块的第一端口相连，所述第二延时调相模块的第二端口与合束模块的第二端口相连，构成所述干涉仪的长臂；
所述第一延时调相模块用于对水平偏振光信号进行延时调相；所述第二延时调相模块用于对竖直偏振光信号进行延时调相；所述第一延时调相模块和第二延时调相模块对光信号的延时相同。
优选地，所述第一延时调相模块包括第一偏振分束器和第一调相器，所述第一偏振分束器的第四端口、第三端口分别作为第一延时调相模块的第一端口、第二端口；所述第一偏振分束器的第一端口、第二端口通过第一调相器相连；
所述第二延时调相模块包括第二偏振分束器和第二调相器，所述第二偏振分束器的第一端口、第二端口分别作为第二延时调相模块的第一端口、第二端口；所述第二偏振分束器的第四端口、第三端口通过第二调相器相连。
一种量子密钥分发装置，包括激光器、强度调制器、可调衰减器、第一环形器、第一单光子探测器、第二单光子探测器以及干涉仪，
所述激光器依次连接强度调制器、可调衰减器之后与第一环形器的第一端口相连；所述第一环形器的第三端口与第一单光子探测器相连；所述第一分束器的第一端口、第四端口分别对应连接第一环形器的第二端口、第二单光子探测器；
所述干涉仪中合束模块的第三端口、第四端口分别作为所述量子密钥分发装置的输出端口和输入端口。
优选地，所述合束模块为第二分束器。
优选地，所述合束模块为第三偏振分束器。
一种量子密钥分发系统，包括两个分别部署在通信双方的量子密钥分发装置，所述其中一个量子密钥分发装置的输入端口连接有电控偏振控制器；所述另一个量子密钥分发装置的输出端口通过光纤信道与电控偏振控制器连接；所述电控偏振控制器用于恢复经过光纤信道传输量子态的偏振态并旋转90°。
一种量子密钥分发系统，包括两个分别部署在通信双方的量子密钥分发装置，以及电控偏振控制器、第二环形器、第三环形器，所述其中一个量子密钥分发装置的输出端口、输入端口分别连接第二环形器的第一端口、第三端口，另一个量子密钥分发装置的输出端口、输入端口分别连接第三环形器的第一端口、第三端口；所述第二环形器的第二端口通过光纤信道、电控偏振控制器连接第三环形器的第二端口；所述电控偏振控制器用于恢复经过光纤信道传输量子态的偏振态并旋转90°。
一种多节点环状量子密钥分发网络，包括N个部署在N个节点所述的量子密钥分发装置和N个光纤隔离器、N个电控偏振控制器，其中N为大于2的整数，所述每个节点的量子密钥分发装置的输入端口、输出端口分别与一个光纤隔离器、一个电控偏振控制器相连；所述每个节点的电控偏振控制器通过一个光纤信道与一个相邻节点的光纤隔离器相连，光纤隔离器通过另一光纤信道与另一个相邻节点的电控偏振控制器相连。
与现有技术相比，本发明有以下有益效果：
本发明提出一种偏振选择调相干涉仪、量子密钥分发装置、系统及网络，利用偏振选择调相干涉仪同时实现独立编解码功能，并将发射模块和接收模块集成，可提高量子密钥分发系统的安全成码率，时间模式采用偏振复用时可将安全成码率提高至4倍；量子密钥分发装置为收发一体，可同时收发密钥；编解码共用一套干涉仪，时序控制简单，便于进行相位补偿，降低了系统的复杂度和成本；量子密钥分发装置可任意配对、组网，实现全时全通的环状网络，具有较强的灵活性和实用性。
附图说明
图1为本发明偏振选择调相干涉仪的原理图；
图2为本发明基于偏振选择调相干涉仪的量子密钥分发装置的原理图；
图3a为本发明基于偏振选择调相干涉仪的量子密钥分发装置实施例一的原理图；
图3b为本发明基于偏振选择调相干涉仪的量子密钥分发装置实施例二的原理图
图4为本发明基于偏振选择调相干涉仪的量子密钥分发系统的原理图；
图5为本发明基于偏振选择调相干涉仪的多节点环状量子密钥分发网络原理图。
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，一种偏振选择调相干涉仪，包括第一分束器1-1、第一延时调相模块1-2、第二延时调相模块1-3和合束模块1-4；
所述第一分束器1-1第三端口与合束模块1-4的第一端口相连，构成所述干涉仪的短臂；所述第一分束器1-1的第二端口与第一延时调相模块1-2的第一端口相连，所述第一延时调相模块1-2的第二端口与第二延时调相模块1-3的第一端口相连，所述第二延时调相模块1-3的第二端口与合束模块1-4的第二端口相连，构成所述干涉仪的长臂；
所述第一延时调相模块1-2用于对水平偏振光信号进行延时调相；所述第二延时调相模块1-3用于对竖直偏振光信号进行延时调相；所述第一延时调相模块1-2和第二延时调相模块1-3对光信号的延时相同。
具体工作原理如下：
水平偏振的第一光脉冲信号进入第一分束器1-1的第一端口，被分束成第二光脉冲信号和第三光脉冲信号。第二光脉冲信号从第一分束器1-1的第三端口出射，到达合束模块1-4的第一端口，从合束模块1-4的第三端口出射；第三光脉冲信号从第一分束器1-1的第二端口出射，首先进入第一延时调相模块1-2的第一端口，被其延时调相后从第二端口出射，随后进入第二延时调相模块1-3的第一端口，不进行延时调相直接从第二端口出射，最后到达合束模块1-4的第二端口，并从第三端口出射。第二光脉冲信号和第三光脉冲信号之间的时间差为干涉仪长短臂的臂长差对应的时间加上第一延时调相模块1-2的延时，二者之间的相位差为第一延时调相模块1-2调制的相位差。
竖直偏振的第一光脉冲信号进入第一分束器1-1的第一端口，被分束成第四光脉冲信号和第五光脉冲信号。第四光脉冲信号从第一分束器1-1的第三端口出射，到达合束模块1-4的第一端口，从其第四端口出射；第五光脉冲信号从第一分束器1-1的第二端口出射，首先进入第一延时调相模块1-2的第一端口，不进行延时调相直接从第二端口出射，随后进入第二延时调相模块1-3的第一端口，被其延时调相后从第二端口出射，最后到达合束模块1-4的第二端口，并从第四端口出射。第四光脉冲信号和第五光脉冲信号之间的时间差为干涉仪长短臂的臂长差对应的时间加上第二延时调相模块1-3的延时，二者之间的相位差为第二延时调相模块1-3调制的相位差。
当光脉冲信号从合束模块1-4的第四端口入射时，工作原理类似。
如图2所示，一种量子密钥分发装置，包括激光器2、强度调制器3、可调衰减器4、第一环形器5、第一单光子探测器6、第二单光子探测器7以及干涉仪，
所述激光器2依次连接强度调制器3、可调衰减器4之后与第一环形器5的第一端口相连；所述第一环形器5的第三端口与第一单光子探测器6相连；所述第一分束器1-1的第一端口、第四端口分别对应连接第一环形器5的第二端口、第二单光子探测器7；
所述干涉仪中合束模块的第三端口、第四端口分别作为所述量子密钥分发装置的输出端口和输入端口。
所述干涉仪中第一延时调相模块1-2包括第一偏振分束器1-2-1和第一调相器1-2-2，所述第一偏振分束器1-2-1的第四端口、第三端口分别作为第一延时调相模块1-2的第一端口、第二端口；所述第一偏振分束器1-2-1的第一端口、第二端口通过第一调相器1-2-2相连；
所述干涉仪中第二延时调相模块1-3包括第二偏振分束器1-3-1和第二调相器1-3-2，所述第二偏振分束器1-3-1的第一端口、第二端口分别作为第二延时调相模块1-3的第一端口、第二端口；所述第二偏振分束器1-3-1的第四端口、第三端口通过第二调相器1-3-2相连。
具体工作过程如下：
量子密钥分发装置作为发送端时，激光器2发出水平偏振的第一光脉冲信号，经强度调制器3调制光强制备信号态和诱骗态后，经可调衰减器4衰减到单光子水平，进入第一环形器5的第一端口，从其第二端口出射后进入第一分束器1-1的第一端口，被分束成第二光脉冲信号和第三光脉冲信号。第二光脉冲信号从第一分束器1-1的第三端口出射，到达合束模块1-4的第一端口，从合束模块1-4的第三端口出射；第三光脉冲信号从第一分束器1-1的第二端口出射，首先进入第一偏振分束器1-2-1的第四端口，反射到其第二端口、经第一调相器1-2-2调制相位后到达第一偏振分束器1-2-1的第一端口，从其第三端口出射，仍为水平偏振；随后进入第二偏振分束器1-3-1的第一端口，不进行延时调相直接从第二端口出射，最后到达合束模块1-4的第二端口，并从第三端口出射。
第二光脉冲信号和第三光脉冲信号分别为时间模式0和时间模式1，二者之间的时间差为干涉仪长短臂的臂长差对应的时间加上第一偏振分束器1-2-1和第一调相器1-2-2所构成环形结构的延时，二者之间的相位差为第一调相器1-2-2调制的相位差。当第一调相器1-2-2调制的相位差分别为0，π/2，π，3π/2时，可以从量子密钥分发装置的输出端口输出BB84协议所需的4种相位编码量子态。
量子密钥分发装置作为接收端时，量子态从量子密钥分发装置的输入端口入射，进入合束模块1-4的第四端口，被分束成第一分量和第二分量。第一分量为竖直偏振，从合束模块1-4的第一端口出射，到达第一分束器1-1的第三端口；第二分量也为竖直偏振，从合束模块1-4的第二端口出射，进入第二偏振分束器1-3-1的第二端口，从其第四端口出射后被第二调相器1-3-2调制相位后，经第二偏振分束器1-3-1的第三端口到达第一端口，仍为竖直偏振，随后进入第一偏振分束器1-2-1的第三端口，直接从其第四端口出射，到达第一分束器1-1的第二端口。第一分量和第二分量在第一分束器1-1处进行干涉，干涉结果由输入量子态所携带的相位差与第二调相器1-3-2调制的相位之差有关。一路干涉输出结果从第一分束器1-1的第一端口出射，经第一环形器5的第二端口到其第三端口，最后进入第一单光子探测器6进行探测。另一路干涉输出结果从第一分束器1-1的第四端口出射，直接进入第二单光子探测器7进行探测。
如图3a所示量子密钥分发装置实施例一，合束模块为第二分束器1-4-1。量子密钥分发装置作为发射端时，第二光脉冲信号和第三光脉冲信号从第二分束器1-4-1第三端口出射，均为水平偏振，即最后制备的量子态时间模式0和时间模式1均为水平偏振。量子密钥分发装置作为接收端时，输入量子态为竖直偏置，进入第二分束器1-4-1第四端口被分束成第一分量和第二分量，二者均包含时间模式0和时间模式1。其中第一分量的时间模式1和第二分量的时间模式0经过的光程相同，二者在第一分束器1-1进行干涉，干涉结果分别进入第一单光子探测器6和第二单光子探测器7进行探测。而第一分量的时间模式0和第二分量的时间模式1经过的路径不同，成为非干涉峰，可视为损耗。
如图3b所示量子密钥分发装置实施例二，合束模块为第三偏振分束器1-4-2。量子密钥分发装置作为发射端时，第二光脉冲信号和第三光脉冲信号从第三偏振分束器1-4-2第三端口出射，分别为水平偏振和竖直偏振，即最后制备的量子态时间模式0为水平偏振，时间模式1为竖直偏振。量子密钥分发装置作为接收端时，输入量子态时间模式0为竖直偏振，时间模式1为水平偏振，进入第三偏振分束器1-4-2第四端口被分束成第一分量和第二分量。其中第一分量仅包含时间模式1，第二分量仅包含时间模式0，二者最终经过的光程相同，在第一分束器1-1进行干涉，干涉结果分别进入第一单光子探测器6和第二单光子探测器7进行探测。可以看出，最后不存在非干涉峰，消除了相应的损耗。
如图4所示，一种量子密钥分发系统：
一种量子密钥分发系统，包括分别部署在通信双方的第一量子密钥分发装置和第二量子密钥分发装置，以及电控偏振控制器8、第二环形器9、第三环形器10，所述第一量子密钥分发装置的输出端口、输入端口分别连接第二环形器9的第一端口、第三端口，第二量子密钥分发装置的输出端口、输入端口分别连接第三环形器10的第一端口、第三端口；所述第二环形器9的第二端口通过光纤信道、电控偏振控制器8连接第三环形器10的第二端口；所述电控偏振控制器8用于恢复经过光纤信道传输量子态的偏振态并旋转90°。
所述第一量子密钥分发装置和第二量子密钥分发装置中的合束模块1-4均为第三偏振分束器1-4-2。
所述第一量子密钥分发装置和第二量子密钥分发装置中的第一延时调相模块1-2包括第一偏振分束器1-2-1和第一调相器1-2-2，所述第一偏振分束器1-2-1的第四端口、第三端口分别作为第一延时调相模块1-2的第一端口、第二端口；所述第一偏振分束器1-2-1的第一端口、第二端口通过第一调相器1-2-2相连；
所述第一量子密钥分发装置和第二量子密钥分发装置中的第二延时调相模块1-3包括第二偏振分束器1-3-1和第二调相器1-3-2，所述第二偏振分束器1-3-1的第一端口、第二端口分别作为第二延时调相模块1-3的第一端口、第二端口；所述第二偏振分束器1-3-1的第四端口、第三端口通过第二调相器1-3-2相连。
具体工作过程如下：
第一量子密钥分发装置中，激光器2发出水平偏振的第一光脉冲信号，经强度调制器3调制光强制备信号态和诱骗态后，经可调衰减器4衰减到单光子水平，进入第一环形器5的第一端口，从其第二端口出射后进入第一分束器1-1的第一端口，被分束成第二光脉冲信号和第三光脉冲信号。第二光脉冲信号从第一分束器1-1的第三端口出射，到达第三偏振分束器1-4-2的第一端口，从其第三端口出射，仍为水平偏振；第三光脉冲信号从第一分束器1-1的第二端口出射，首先进入第一偏振分束器1-2-1的第四端口，反射到其第二端口、经第一调相器1-2-2调制相位后到达第一偏振分束器1-2-1的第一端口，从其第三端口出射，仍为水平偏振；随后进入第二偏振分束器1-3-1的第一端口，不进行延时调相直接从第二端口出射，最后到达第三偏振分束器1-4-2的第二端口，并从第三端口出射，变为竖直偏振。
第二光脉冲信号和第三光脉冲信号分别为时间模式0和时间模式1，二者之间的时间差为干涉仪长短臂的臂长差对应的时间加上第一偏振分束器1-2-1和第一调相器1-2-2所构成环形结构的延时，二者之间的相位差为第一调相器1-2-2调制的相位差。当第一调相器1-2-2调制的相位差分别为0，π/2，π，3π/2时，可以从量子密钥分发装置的输出端口输出BB84协议所需的4种相位编码量子态。量子态从第一量子密钥分发装置输出端口出射后，进入第二环形器9的第一端口，从第二端口出射后进入光纤信道。随后经过电控偏振控制器8恢复偏振态并旋转90°后进入第三环形器10的第二端口，从其第三端口出射，进入第二量子密钥分发装置的输入端口。第一量子密钥分发装置发出的量子态在第二量子密钥分发装置内进行干涉和探测的过程，与从第二量子密钥分发装置发出的量子态在第一量子密钥分发装置内进行干涉和探测的过程相同，相当于两个独立的量子密钥分发过程。
从第二量子密钥分发装置出射的量子态经第三环形器10、电控偏振控制器8以及光纤信道后，进入第二环形器9的第二端口，从其第三端口出射，进入第一量子密钥分发装置的输入端口。量子态经光纤信道和端口偏振控制器8作用后。时间模式0变为竖直偏振，时间模式1变为水平偏振。则量子态在进入第三偏振分束器1-4-2的第四端口时，水平偏振的时间模式1，从第三偏振分束器1-4-2的第一端口出射，变为竖直偏振，随后到达第一分束器1-1的第三端口；竖直偏振的时间模式0，从第三偏振分束器1-4-2的第二端口出射，仍为竖直偏振，随后进入第二偏振分束器1-3-1的第二端口，从其第四端口出射后被第二调相器1-3-2调制相位，经第二偏振分束器1-3-1的第三端口到达第一端口，仍为竖直偏振，随后进入第一偏振分束器1-2-1的第三端口，直接从其第四端口出射，到达第一分束器1-1的第二端口。可以看出，由于第三偏振分束器1-4-2的偏振选择作用，消除了接收量子态的非干涉峰。时间模式0和时间模式1均为竖直偏振，二者在第一分束器1-1处进行干涉，干涉结果由输入量子态所携带的相位差与第二调相器1-3-2调制的相位之差有关。一路干涉输出结果从第一分束器1-1的第一端口出射，经第一环形器5的第二端口到其第三端口，最后进入第一单光子探测器6进行探测。另一路干涉输出结果从第一分束器1-1的第四端口出射，直接进入第二单光子探测器7进行探测。
第一量子密钥分发装置与第二量子密钥分发装置之间同时进行两个独立的量子密钥分发过程，每个量子密钥分发过程由于干涉时消除了非干涉峰，可以将量子态的光子能量利用率提高一倍，因此量子密钥分发系统的成码率可以提高为常规基于双不等臂马赫曾德尔干涉仪的量子密钥分发系统的4倍。
如图5所示，一种量子密钥分发环状网络：
一种N节点环状量子密钥分发网络，包括N个部署在N个节点的量子密钥分发装置和N个光纤隔离器11、N个电控偏振控制器8，所述每个节点的量子密钥分发装置的输入端口、输出端口分别与一个光纤隔离器11、一个电控偏振控制器8相连；所述每个节点的电控偏振控制器8通过一个光纤信道与一个相邻节点的光纤隔离器11相连，光纤隔离器11通过另一光纤信道与另一个相邻节点的电控偏振控制器8相连相连。所述量子密钥分发装置中的合束模块1-4均为第三偏振分束器1-4-2。
下面以4节点环状网络为例进行说明，即N=4，每个节点名称分别为Alice，Bob，Charlie，David。
具体工作过程如下：
Alice量子密钥分发装置中，激光器2发出水平偏振的第一光脉冲信号，经强度调制器3调制光强制备信号态和诱骗态后，经可调衰减器4衰减到单光子水平，进入第一环形器5的第一端口，从其第二端口出射后进入第一分束器1-1的第一端口，被分束成第二光脉冲信号和第三光脉冲信号。第二光脉冲信号从第一分束器1-1的第三端口出射，到达第三偏振分束器1-4-2的第一端口，从其第三端口出射，仍为水平偏振；第三光脉冲信号从第一分束器1-1的第二端口出射，首先进入第一偏振分束器1-2-1的第四端口，反射到其第二端口、经第一调相器1-2-2调制相位后到达第一偏振分束器1-2-1的第一端口，从其第三端口出射，仍为水平偏振；随后进入第二偏振分束器1-3-1的第一端口，不进行延时调相直接从第二端口出射，最后到达第三偏振分束器1-4-2的第二端口，并从第三端口出射，变为竖直偏振。
第二光脉冲信号和第三光脉冲信号分别为时间模式0和时间模式1，二者之间的时间差为干涉仪长短臂的臂长差对应的时间加上第一偏振分束器1-2-1和第一调相器1-2-2所构成环形结构的延时，二者之间的相位差为第一调相器1-2-2调制的相位差。当第一调相器1-2-2调制的相位差分别为0，π/2，π，3π/2时，可以从量子密钥分发装置的输出端口输出BB84协议所需的4种相位编码量子态。量子态从Alice量子密钥分发装置输出端口出射后，经过一个电控可调衰减器8和第一光纤信道CH1到达Bob端，再经过一个光纤隔离器11后进入Bob端量子密钥分发装置的输入端口，最后经过Bob端量子密钥分发装置的干涉仪进行干涉并进行单光子探测，Alice与Bob经过协商后产生安全的量子密钥。
类似的，Bob和Charlie、Charlie和David、David和Alice进行与Alice和Bob之间相同的量子密钥分发过程，可以分别在相邻两节点之间产生安全的量子密钥。同时，任意两节点之间可通过可信中继的方式来共享安全密钥。
综合本发明各个实施例可知，本发明提出一种偏振选择调相干涉仪、量子密钥分发装置、系统及网络，利用偏振选择调相干涉仪同时实现独立编解码功能，并将发射模块和接收模块集成，可提高量子密钥分发系统的安全成码率，时间模式采用偏振复用时可将安全成码率提高至4倍；量子密钥分发装置为收发一体，可同时收发密钥；编解码共用一套干涉仪，时序控制简单，便于进行相位补偿，降低了系统的复杂度和成本；量子密钥分发装置可任意配对、组网，，实现全时全通的环状网络，具有较强的灵活性和实用性。
Claims (8)
1.一种偏振选择调相干涉仪，其特征在于，包括第一分束器（1-1）、第一延时调相模块（1-2）、第二延时调相模块（1-3）和合束模块（1-4）；
所述第一分束器（1-1）第三端口与合束模块（1-4）的第一端口相连，构成所述干涉仪的短臂；所述第一分束器（1-1）的第二端口与第一延时调相模块（1-2）的第一端口相连，所述第一延时调相模块（1-2）的第二端口与第二延时调相模块（1-3）的第一端口相连，所述第二延时调相模块（1-3）的第二端口与合束模块（1-4）的第二端口相连，构成所述干涉仪的长臂；
所述第一延时调相模块（1-2）用于对水平偏振光信号进行延时调相；所述第二延时调相模块（1-3）用于对竖直偏振光信号进行延时调相；所述第一延时调相模块（1-2）和第二延时调相模块（1-3）对光信号的延时相同。
2.如权利要求1所述的偏振选择调相干涉仪，其特征在于，所述第一延时调相模块（1-2）包括第一偏振分束器（1-2-1）和第一调相器（1-2-2），所述第一偏振分束器（1-2-1）的第四端口、第三端口分别作为第一延时调相模块（1-2）的第一端口、第二端口；所述第一偏振分束器（1-2-1）的第一端口、第二端口通过第一调相器（1-2-2）相连；
所述第二延时调相模块（1-3）包括第二偏振分束器（1-3-1）和第二调相器（1-3-2），所述第二偏振分束器（1-3-1）的第一端口、第二端口分别作为第二延时调相模块（1-3）的第一端口、第二端口；所述第二偏振分束器（1-3-1）的第四端口、第三端口通过第二调相器（1-3-2）相连。
3.一种量子密钥分发装置，其特征在于，包括激光器（2）、强度调制器（3）、可调衰减器（4）、第一环形器（5）、第一单光子探测器（6）、第二单光子探测器（7）以及如权利要求2所述的干涉仪，
所述激光器（2）依次连接强度调制器（3）、可调衰减器（4）之后与第一环形器（5）的第一端口相连；所述第一环形器（5）的第三端口与第一单光子探测器（6）相连；所述第一分束器（1-1）的第一端口、第四端口分别对应连接第一环形器（5）的第二端口、第二单光子探测器（7）；
所述干涉仪中合束模块的第三端口、第四端口分别作为所述量子密钥分发装置的输出端口和输入端口。
4.如权利要求3所述的量子密钥分发装置，其特征在于，所述合束模块（1-4）为第二分束器（1-4-1）。
5.如权利要求3所述的量子密钥分发装置，其特征在于，所述合束模块（1-4）为第三偏振分束器（1-4-2）。
6.一种量子密钥分发系统，其特征在于，包括两个分别部署在通信双方的如权利要求4所述的量子密钥分发装置，其中一个量子密钥分发装置的输入端口连接有电控偏振控制器（8）；另一个量子密钥分发装置的输出端口通过光纤信道与电控偏振控制器（8）连接；所述电控偏振控制器（8）用于恢复经过光纤信道传输量子态的偏振态并旋转90°。
7.一种量子密钥分发系统，其特征在于，包括两个分别部署在通信双方的如权利要求3或4或5所述的量子密钥分发装置，以及电控偏振控制器（8）、第二环形器（9）、第三环形器（10），所述其中一个量子密钥分发装置的输出端口、输入端口分别连接第二环形器（9）的第一端口、第三端口，另一个量子密钥分发装置的输出端口、输入端口分别连接第三环形器（10）的第一端口、第三端口；所述第二环形器（9）的第二端口通过光纤信道、电控偏振控制器（8）连接第三环形器（10）的第二端口；所述电控偏振控制器（8）用于恢复经过光纤信道传输量子态的偏振态并旋转90°。
8.一种多节点环状量子密钥分发网络，其特征在于，包括N个部署在N个节点的如权利要求3或4或5所述的量子密钥分发装置和N个光纤隔离器（11）、N个电控偏振控制器（8），其中N为大于2的整数，每个节点的量子密钥分发装置的输入端口、输出端口分别与一个光纤隔离器（11）、一个电控偏振控制器（8）相连；每个节点的电控偏振控制器（8）通过一个光纤信道与一个相邻节点的光纤隔离器（11）相连，光纤隔离器（11）通过另一光纤信道与另一个相邻节点的电控偏振控制器（8）相连。
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