CN210839583U - 时间相位编码装置、量子密钥发射机及量子密钥分发系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种时间相位编码装置、量子密钥发射机及量子密钥分发系统。其中，本申请的时间相位编码装置包括：光源模块以及编码模块；光源模块至少包括第一输出端和第二输出端，因此光源模块可至少输出两路光脉冲。而编码模块包括相位编码单元以及时间编码单元，第一输出端与相位编码单元连接，用于编制一相位态的量子信号；第二输出端与时间编码单元连接，用于编制一或两时间态的量子信号编码模块，用于输出一相位态两时间的量子信号。因此，输出的光脉冲经过编码模块后，即可得到编制完成的三态量子信号，因此无需强度调制器和/或相位调制器的调制即可实现三态的制备，从而减少控制电路，使得QKD设备实现难度大幅度降低。

Description

时间相位编码装置、量子密钥发射机及量子密钥分发系统

技术领域

本申请涉及量子保密通信技术领域，具体涉及一种时间相位编码装置、量子密钥发射机及量子密钥分发系统。

背景技术

量子保密通信是近年来发展起来的新型通信技术，是量子理论和信息论相结合产生的新学科，它利用量子物理的基本特性来实现通信的无条件安全。其中，量子密钥分发(QKD)作为量子通信技术中最早实现商用化的分支十余年来已经引起广泛关注，并获得了快速发展。

QKD是利用物质(如光子)的量子特性来设计加解密方案，其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。QKD利用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，理论上确保了信息的无条件安全性。在实际应用中，QKD利用这一原理，可使事先没有共享秘密信息的双建立通信密钥，再采用香农已证明的“一次一密”密码通信，即可保证双方的通信安全。

目前，最常用的QKD协议是BB84协议(Bennett和Brassard，1984)，这是由于该协议已被证明可以抵御最普通的攻击集合的事实。BB84结合诱骗态方案能很好地解决非理想单光子源安全隐患，是目前应用最广泛和实用化程度最高的方案。

然而BB84协议中却需要4种编码状态，因此提出了BB84协议的更简单版本，即所谓的“三态协议”。Fung等人三态协议这个协议可以抵御一般的攻击，Tamaki等人证明了三态协议是具有丢失容忍性的，这意味着即使在光源不完善的情况下三态协议也可以在长距离上进行通信，除此之外理论也证明了三态协议的性能与BB84协议的性能完全相同，这意味着BB84协议中的第四种状态是多余的。因此，基于三态协议的QKD大大降低了量子保密通信实现的难度。

目前基于三态协议的QKD的发射机的结构如下：当需要调制两时间态和一相位态时，其发射机的结构如图1所示，包括依次相连接的光源、马赫曾德尔(MZ)不等臂干涉仪以及强度调制器(IM)，光源发射的每光脉冲经过MZ不等臂干涉仪后分成包括前后两个光脉冲的脉冲对，光脉冲对进入强度调制器随机消除前一个脉冲和/或者后一个脉冲，或者不进行消光处理，从而进行两时间态、一相位态以及真空态的编码。

然而，上述现有的方案为单光源方案，单光源方案不仅需要强度调制器，而且强度调制器工作频率是光源的两倍。此外单光源方案需要控制激光器发光，控制强度调制器构建两时间态一相位态从而增加控制电路的实现难度，导致QKD设备实现难度大幅度提高。

发明内容

本申请提供一种时间相位编码装置、量子密钥发射机及量子密钥分发系统，以解决现有方案中没有基于三态协议的多光源实现方案的问题。

本申请的第一方面提供一种时间相位编码装置，包括：光源模块以及编码模块；

所述光源模块至少包括第一输出端和第二输出端，所述编码模块包括相位编码单元以及时间编码单元，所述光源模块根据需求选择其中的输出端输出光脉冲；

所述第一输出端与所述相位编码单元连接，用于编制一相位态的量子信号；

所述第二输出端与所述时间编码单元连接，用于编制一或两时间态的量子信号；

所述编码模块，用于输出一相位态两时间的量子信号。

优选地，光源模块还包括第三输出端，所述第三输出端与所述相位编码单元连接，用于编制两相位态的量子信号，所述编码模块，用于输出两相位态一时间的量子信号；

或者所述第三输出端与所述时间编码单元连接，用于两时间态的量子信号，所述编码模块，用于输出一相位态两时间的量子信号。

优选地，光源模块还包括第一发光单元以及第二发光单元；

所述第一发光单元输出的光脉冲通过所述第一输出端输出；

所述第二发光单元输出的光脉冲通过所述第二输出端输出。

优选地，光源模块还包括第一发光单元、第二发光单元以及第三发光单元；

所述第一发光单元输出的光脉冲通过所述第一输出端输出；

所述第二发光单元输出的光脉冲通过所述第二输出端输出

所述第三发光单元输出的光脉冲通过所述第三输出端输出。

优选地，所述编码模块还包括第一光开关，所述相位编码单元以及时间编码单元的输出端均与所述第一光开关连接，其中所述第一光开关为1×N的光开关，其中N为大于等于所述相位编码单元以及时间编码单元的输出端总个数的整数；

所述光源模块的输出端持续发射出光脉冲，所述第一光开关根据需要求每次选择其中一种状态的量子信号输出。

优选地，所述光源模块发出的光脉冲通过斩波的方式获得。

优选地，所述光源模块中的激光器采用电吸收激光器或者内调制激光器。

本申请第二方面一种量子密钥发射机，该量子密钥发射机包括上述任意一项所述时间相位编码装置。

本申请第三方面一种量子密钥分发系统，包括量子密钥发射机以及量子密钥接收机，该量子密钥发射机为上述的量子密钥发射机。

优选地，所述量子密钥接收机通过主动基矢选择或被动基矢选择对接收的量子比特信号进行解码。

优选地，所述量子密钥接收机包括第一探测模块：

第一探测模块包括第一不等臂干涉仪单元以及第一光电探测单元，所述第一光电探测单元与所述不等臂干涉仪单元的输出端连接，用于探测利用时间基矢编码的量子比特以及利用相位基矢编码的量子比特。

优选地，所述量子密钥接收机还包括分束器，以及分别连接所述分束器两个输出端的第一探测模块和第二探测模块：

所述分束器将接收的量子比特信号分成两路，一路输入至第一探测模块，另一路输入至第二探测模块；

所述第一探测模块用于探测利用相位基矢编码的量子比特；

所述第二探测模块包括第二光电探测单元，用于探测利用时间基矢编码的量子比特。

优选地，所述量子密钥接收机包括分束器、相位解码模块、时间解码模块、第二光开关以及光电探测器；

所述分束器将接收的量子比特信号分成两路，一路输入至相位解码模块，另一路输入至时间解码模块；

所述第二光开关将相位解码模块或时间解码模块输出的信号传输至光电探测器。

优选地，所述量子密钥接收机包括第三探测模块，第三探测模块包括不等臂干涉仪单元、第一光电探测单元以及第二强度调制器，所述第二强度调制器设置在所述不等臂干涉仪单元的一臂上，所述第一光电探测单元与所述不等臂干涉仪单元的输出端连接；

通过控制所述第二强度调制器的工作状态，选择探测利用时间基矢编码的量子比特和/或利用相位基矢编码的量子比特。

优选地，所述量子密钥接收机包括第三光开关，以及分别连接所述光开关两个输出端的第四探测模块和第五探测模块：

所述第三光开关将接收的量子比特信号分成两路，一路输入至第四探测模块，另一路输入至第五探测模块；

第四探测模块包括第二不等臂干涉仪单元以及第三光电探测单元，所述第三光电探测单元与所述第二不等臂干涉仪单元的输出端连接，用于探测利用利用相位基矢编码的量子比特

第五探测模块包括第三光电探测单元，用于探测利用相位基矢编码的量子比特；

通过控制所述第三光开关的工作状态，选择探测利用相位基矢编码的量子比特或利用时间基矢编码的量子比特。

本申请提供一种时间相位编码装置、量子密钥发射机及量子密钥分发系统，与现有技术相比有以下优点：

本申请提供一种时间相位编码装置、量子密钥发射机及量子密钥分发系统。其中，本申请的时间相位编码装置包括：光源模块以及编码模块；所述光源模块至少包括第一输出端和第二输出端，因此光源模块可至少输出两路光脉冲。而所述编码模块包括相位编码单元以及时间编码单元，所述第一输出端与所述相位编码单元连接，用于编制一相位态的量子信号；所述第二输出端与所述时间编码单元连接，用于编制一或两时间态的量子信号所述编码模块，用于输出一相位态两时间的量子信号。因此，输出的光脉冲经过编码模块后，即可得到编制完成的三态量子信号，因此无需强度调制器和/或相位调制器的调制即可实现三态的制备，从而减少控制电路，使得QKD设备实现难度大幅度降低。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有的技术中的量子密钥发射机的结构示意图；

图2为现有的技术中的第一种量子密钥发射机的结构示意图；

图3为本申请的第一种两时间一相位的编码装置结构示意图；

图4为本申请的第二种两时间一相位的光源模块结构示意图；

图5为本申请的第一种两相位一时间的编码装置结构示意图；

图6为本申请的第二种两时间一相位的编码装置结构示意图；

图7为本申请的具有三发光单元的光源模块结构示意图；

图8为本申请的第三种两时间一相位的编码装置结构示意图；

图9为本申请的第四种两时间一相位的编码装置结构示意图；

图10为本申请的第二种两时间一相位的编码装置结构示意图；

图11为本申请的具有斩波功能的光源模块结构示意图；

图12为本申请的具有斩波功能的光源模块调制的脉冲时序示意图；

图13为本申请的具有电吸收功能的光源模块结构示意图；

图14为本申请的具有内调制功能的光源模块结构示意图；

图15为本申请的一种量子密钥发射机的结构示意图；

图16为本申请的基于被动基矢选择的第一种量子密钥接收机的结构示意图；

图17为本申请的基于被动基矢选择的第二种量子密钥接收机的结构示意图；

图18为本申请的基于被动基矢选择的第三种量子密钥接收机的结构示意图；

图19为本申请的基于被动基矢选择的第四种量子密钥接收机的结构示意图；

图20为本申请的基于被动基矢选择的第五种量子密钥接收机的结构示意图；

图21为本申请的基于被动基矢选择的第六种量子密钥接收机的结构示意图；

图22为本申请的基于主动基矢选择的第一种量子密钥接收机的结构示意图；

图23为本申请的基于主动基矢选择的第二种量子密钥接收机的结构示意图；

图24为本申请的基于主动基矢选择的第三种量子密钥接收机的结构示意图；

图25为本申请的基于主动基矢选择的第四种量子密钥接收机的结构示意图；

图26为本申请的基于主动基矢选择的第五种量子密钥接收机的结构示意图；

图27为本申请的基于主动基矢选择的第六种量子密钥接收机的结构示意图；

图28为本申请的基于主动基矢选择的第七种量子密钥接收机的结构示意图；

图29为本申请的基于主动基矢选择的第八种量子密钥接收机的结构示意图；

图30为本申请的基于主动基矢选择的第九种量子密钥接收机的结构示意图；

图31为本申请的基于主动基矢选择的第十种量子密钥接收机的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

本申请的第一方面提供一种时间相位编码装置，包括：光源模块以及编码模块；所述光源模块至少包括第一输出端和第二输出端，所述编码模块包括相位编码单元以及时间编码单元，所述光源模块根据需求选择其中的输出端输出光脉冲；所述第一输出端与所述相位编码单元连接，用于编制一相位态的量子信号；所述第二输出端与所述时间编码单元连接，用于编制一或两时间态的量子信号；所述编码模块，用于输出一相位态两时间的量子信号，其具体结构如图3所示的示意图。

其中相位编码单元为不等臂干涉仪，所述第一输出端与不等臂干涉仪的一个输入端连接，所述不等臂干涉仪的输入端将通过的每个光脉冲均分成两个相干脉冲的脉冲对，因此干涉仪输出后得到相位差为0或相位差为π的脉冲对。所述第二输入端与所述时间编码单元连接，时间编码单元为光脉冲通路，所述第二输入端输出两种时间状态的脉冲对，第一种状态的脉冲对在时域上前一个单位时间上有脉冲强度，后一个单位时间上无脉冲强度，定义为时间的|1＞，第一种状态的脉冲对在时域上前一个单位时间上无脉冲强度，后一个单位时间上有脉冲强度，定义为时间的|0＞，时间编码单元构建两个时间态。

其中，光源模块包括第一发光单元以及第二发光单元；所述第一发光单元输出的光脉冲通过所述第一输出端输出；所述第二发光单元输出的光脉冲通过所述第二输出端输出，其中所述第一发光单元以及第二发光单元均为激光器，均发出脉冲光，具体结构请参阅图4所示的示意图。

光源模块还包括第三输出端，所述第三输出端与所述相位编码单元连接，用于编制两相位态的量子信号，所述编码模块，用于输出两相位态一时间的量子信号，此时所述第一输出端与不等臂干涉仪的一个输入端连接，所述第三输出端与不等臂干涉仪的另一个输入端连接，这样构建出两种相位态，所述第二输入端与所述时间编码单元连接，所述第二输入端输出一种时间状态的脉冲对，该时间态为脉冲对在时域上前一个单位时间上有脉冲强度，后一个单位时间上无脉冲强度，定义为时间的|1＞，或者采用的时间态为脉冲对在时域上前一个单位时间上无脉冲强度，后一个单位时间上有脉冲强度，定义为时间的|0＞，其具体结构请参阅图5所示的示意图；

或者所述第三输出端与所述时间编码单元连接，用于两时间态的量子信号，所述编码模块，用于输出一相位态两时间的量子信号，此时两种时间态分别由所述第二输入端和所述第三输出端输出的光脉冲进行构建。具体为，所述第二输入端与所述第三输出端分别连接两路光通道，所述第二输入端用于按照上述方式构建时间的|0＞，所述第三输出端用于按照上述方式构建时间的|1＞；也可以是所述第二输入端在单位时间内发射一个脉冲或者不发光，所述第三输出端在单位时间内发射一个脉冲或者不发光，通过两路光通道的路径长度在时间上构建出时间的|1＞与时间的|0＞，其具体结构请参阅图6所示的示意图。

其中，光源模块还包括第一发光单元、第二发光单元以及第三发光单元，该三个发光单元输出的光脉冲分别输入至所述第一输出端、第二输出端以及第三输出端。具体结构请参阅图7所示的示意图，其中所述第一发光单元、第二发光单元以及第三发光单元均为激光器，均发出脉冲光。

当然，上述编码方式主要是通过构建光源模块中的发光单元的个数与连接关系以及控制器发光单元的发光状态构得到需要的量子信号。当然也可通过控制所述编码模块来实现需要的量子信号，具体为所述编码模块还包括第一光开关，所述相位编码单元以及时间编码单元的输出端均与所述第一光开关连接，其中所述第一光开关为1×N的光开关，其中N为大于等于所述相位编码单元以及时间编码单元的输出端总个数的整数；所述光源模块的输出端持续发射出光脉冲，所述第一光开关根据需要求每次选择其中一种状态的量子信号输出，具体结构如图8至图10所示的示意图。

所述光源模块发出的光脉冲通过斩波的方式获得。具体而言，此时所述光源模块中的每隔发光单元结构请参阅图11所示的示意图，包括依次相连接的激光器、第三强度调制器以及相位调制器。具体工作时的时序示意图如图12所示，所述激光器发射连续光，所述强度调制器将经过的连续光按照需求压制成脉冲光，此时压制成的脉冲光之间的相位相同，然后相位调制器将经过的脉冲光调制成相位随机的脉冲光。

所述光源模块中的激光器采用电吸收激光器或者内调制激光器。其中采用电吸收激光器的光源模块结构如图13所示，发光控制信号由端口1输入至电吸收激光器中，发光控制信号控制电吸收激光器发出光脉冲，电吸收控制信号由端口2输入至电吸收激光器中，用于吸收电吸收激光器的发出光脉冲的强度。因此当需要调制真空态时，控制电吸收控制信号输入至电吸收激光器中完全吸收掉发出光脉冲，当需要调制信号态的诱骗态时，控制电吸收控制信号输入至电吸收激光器中吸收一部分发出光脉冲的强度，因此使用电吸收激光器的光源模块可以不是使用下文的第一强度调制器以及衰减器，即可得到需要的量子信号状态。当然，若选择的电吸收激光器不能够完全吸收掉发出光脉冲的强度，则也可通过下文的第一强度调制器进一步的按照需求将光脉冲调制成所需要的状态。

另一种采用内调制激光器的量子密钥发射机结构如图14所示，第一控制信号由端口1输入至内调制激光器中，第二控制信号由端口2输入至内调制激光器中，第一控制信号与第二控制信号一起控制内调制激光器的发光状态，例如：当输入第一控制信号以及第二控制信号后，内调制激光器发射出由两个相干脉冲组成的脉冲对；若降低第一控制信号以及第二控制信号的输入强度，则内调制激光器发射出由两个强度较弱的相干脉冲组成的脉冲对；若输入第一控制信号无输入第二控制信号，则内调制激光器发射出由前一个为空脉冲后一个为脉冲组成的脉冲对；若输入较弱强度的第一控制信号无输入第二控制信号，则内调制激光器发射出由前一个为空脉冲后一个为较弱强度的脉冲组成的脉冲对；若输入第二控制信号无输入第一控制信号，内调制激光器发射出由前一个为脉冲后一个为空脉冲组成的脉冲对，若输入强度较弱的第二控制信号无输入第一控制信号，内调制激光器发射出由前一个为强度较弱的脉冲后一个为空脉冲组成的脉冲对；若无输入第二控制信号也无输入第一控制信号，则内调制激光器发射出真空脉冲对。总之，可根据调制情况，通过控制输入的第一控制信号与第二控制信号使内调制激光器的发出所需脉冲，例如若需要真空态，则无输入第二控制信号也无输入第一控制信号即可，此时不需要使用下文的第一强度调制器以及衰减器；若需要时间态、相位态以及诱骗态，则输入第一控制信号和/或者第二控制信号即可，具体方法与上文一致，此处不在赘述。

本申请的第二方面提供一种量子密钥发射机，该量子密钥发射机包括上述任意一项所述时间相位编码装置。需要说明的是，本申请的量子密钥发射机根据需求，还可以包括第一强度调制器以及衰减器；所述第一强度调制器，用于将时间相位编码装置输出的量子信号根据需求调制出相应的量子比特状态；所述衰减器用于将得到的量子信号状态衰减至所需强度。其具体结构请参考图15所示的示意图，所述第一强度调制器主要用于调制诱骗态与真空态，若能够通过光源模块与时间相位编码装置可调制出诱骗态与真空态，则可省略所述第一强度调制器；若能够通过光源模块与时间相位编码装置可调制出符合要求的量子比特信号，则可省略所述第一强度调制器以及衰减器。需要说明的是，本申请的衰减器可以用第一光开关、第二光开关以及位于第一光开关和第二光开关之间的多个不同规格固定衰减器替代，第一光开关用于选择将量子信号经过某一规格的固定衰减器后，第二光开关用于选择发出衰减后的信号。

本申请的第三方面提供一种量子密钥分发系统，包括量子密钥发射机以及量子密钥接收机，该量子密钥发射机为上述任意一项所述的量子密钥发射机。所述量子密钥接收机通过主动基矢选择或被动基矢选择对接收的量子比特信号进行解码。

优选地，所述量子密钥接收机包括第一探测模块：第一探测模块包括第一不等臂干涉仪单元以及第一光电探测单元，所述第一光电探测单元与所述不等臂干涉仪单元的输出端连接，用于探测利用时间基矢编码的量子比特以及利用相位基矢编码的量子比特。具体结构请参阅图16与图17所示的结构示意图，第一光电探测单元包括第一光电探测器D0和/或第二光电探测器D1，当第一光电探测单元只包含第一光电探测器D0或第二光电探测器D1时，第一光电探测器D0与不等臂干涉仪的一个输出端连接，当第一光电探测单元包括第一光电探测器D0和第二光电探测器D1时，分别连接在不等臂干涉仪的两个输出端上。第一光电探测器D0和/或第二光电探测器D1用于探测利用时间基矢编码的量子比特以及利用相位基矢编码的量子比特。

所述量子密钥接收机还包括分束器，以及分别连接所述分束器两个输出端的第一探测模块和第二探测模块：所述分束器将接收的量子比特信号分成两路，一路输入至第一探测模块，另一路输入至第二探测模块。具体结构请参阅图18至图21所示的结构示意图，所述第二探测模块包括第二光电探测单元，所述第二光电探测单元包括第三光电探测器D2和/或第四光电探测器D3，当所述第二光电探测单元只有一个光电探测器时其结构如图18与图20所示，当所述第二光电探测单元有两个光电探测器时其结构如图19与图21所示。所述第一探测模块用于探测利用相位基矢编码的量子比特；所述第二探测模块包括第二光电探测单元，用于探测利用时间基矢编码的量子比特。

优选地，所述量子密钥接收机包括分束器、相位解码模块、时间解码模块、第二关以及光电探测器，其具体结构可参阅图22至25所示的示意图；所述分束器将接收的量子比特信号分成两路，一路输入至相位解码模块，另一路输入至时间解码模块；所述第二光开关将相位解码模块或时间解码模块输出的信号传输至光电探测器。其中相位解码模块为不等臂干涉仪，可使得相位编码的量子比特发生干涉，不等臂干涉仪可以只有一个输出端，也可以有两个输出端；时间解码模块为光信号通道，可只有一条光信号通道，也可利用分束器得到两条光信号通道；所述第二光开关将相位解码模块或时间解码模块输出的信号传输至光电探测器，例如，若需要探测相位基矢时，则控制第二光开光将相位解码模块输出的信号传输至光电探测器，若需要探测时间基矢时，则控制第二光开光将时间解码模块输出的信号传输至光电探测器。

优选地，所述量子密钥接收机包括第三探测模块，第三探测模块包括不等臂干涉仪单元、第一光电探测单元以及第二强度调制器，所述第二强度调制器设置在所述不等臂干涉仪单元的一臂上，所述第一光电探测单元与所述不等臂干涉仪单元的输出端连接，其具体结构请参阅图26与图27所示的示意图。

工作时，所述第四强度调制器将经过的光脉冲的强度压制为0，则接收的光脉冲无法进行干涉，此时第一光电探测单元探测的是利用时间基矢编码的量子比特，所述第四强度调制器不工作时，相位基矢编码的量子比特才在量子密钥接收机发生干涉，才能进行探测相位基矢编码的量子比特。因此，通过主动控制所述第四强度调制器的工作状态，即可选择探测利用时间基矢编码的量子比特和/或利用相位基矢编码的量子比特。

优选地，所述量子密钥接收机包括第三光开关，以及分别连接所述第三光开关两个输出端的第四探测模块和第五探测模块：所述第三光开关将接收的量子比特信号分成两路，一路输入至第四探测模块，另一路输入至第五探测模块；第四探测模块包括第二不等臂干涉仪单元以及第三光电探测单元，所述第三光电探测单元与所述第二不等臂干涉仪单元的输出端连接，用于探测利用利用相位基矢编码的量子比特第五探测模块包括第三光电探测单元，用于探测利用相位基矢编码的量子比特，其具体结构参阅图28至图31所示的示意图。

工作时，根据需要，通过主动控制所述第三光开关的工作状态，选择探测利用相位基矢编码的量子比特或利用时间基矢编码的量子比特。例如若需要探测时间基矢编码的量子比特时，则通过第三光开关将接收的量子比特信号输入至第五探测模块，若需要探测相位基矢编码的量子比特时，则通过第三光开关将接收的量子比特信号输入至第四探测模块。

需要说明的是本申请的密钥发射机中相位编码单元中的不等臂干涉仪的输入端通常为分束装置、其输出端通常为合束装置，量子密钥接收机的第一探测模块中的不等臂干涉仪的输入端通常为分束装置，一般的分束装置为光分束器(BS)、合束装置为光合束器(BS)。当然量子密钥发射机中不等臂干涉仪的输入端更换为偏振合束器(PBS)、或者其输出端更换为偏振分束器(PBS)，此时需要将量子密钥接收机的第一探测模块中的不等臂干涉仪输入端也更换为偏振分束器(PBS)，这样就可以使得在量子密钥发射机中走不等臂干涉仪长臂的光在量子密钥接收机中走不等臂干涉仪的短臂，在量子密钥发射机中走不等臂干涉仪短臂的光在量子密钥接收机中走不等臂干涉仪的长臂，使得相位态中的光脉冲对走的路径相同，能够减少系统3dB的损耗，增加系统成码率以及最远成码距离。除此之外，本申请的装置适用于三态协议(three-state protocal)，简化版BB84协议(SimplifiedBB84Protocal)；变种三态协议(Thevariant of three-state protocal)。

以上结合具体实施方式和范例性实例对本申请进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本申请的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本申请精神和范围的情况下，可以对本申请技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本申请的范围内。本申请的保护范围以所附权利要求为准。

Claims (15)

1.一种时间相位编码装置，其特征在于，包括：光源模块以及编码模块；

所述光源模块至少包括第一输出端和第二输出端，所述编码模块包括相位编码单元以及时间编码单元，所述光源模块根据需求选择其中的输出端输出光脉冲；

所述第一输出端与所述相位编码单元连接，用于编制一相位态的量子信号；

所述第二输出端与所述时间编码单元连接，用于编制一或两时间态的量子信号；

所述编码模块，用于输出一相位态两时间的量子信号。

2.根据权利要求1所述的时间相位编码装置，其特征在于，光源模块还包括第三输出端，所述第三输出端与所述相位编码单元连接，用于编制两相位态的量子信号，所述编码模块，用于输出两相位态一时间的量子信号；

或者所述第三输出端与所述时间编码单元连接，用于两时间态的量子信号，所述编码模块，用于输出一相位态两时间的量子信号。

3.根据权利要求1所述的时间相位编码装置，其特征在于，光源模块还包括第一发光单元以及第二发光单元；

所述第一发光单元输出的光脉冲通过所述第一输出端输出；

所述第二发光单元输出的光脉冲通过所述第二输出端输出。

4.根据权利要求2所述的时间相位编码装置，其特征在于，光源模块还包括第一发光单元、第二发光单元以及第三发光单元；

所述第一发光单元输出的光脉冲通过所述第一输出端输出；

所述第二发光单元输出的光脉冲通过所述第二输出端输出

所述第三发光单元输出的光脉冲通过所述第三输出端输出。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的时间相位编码装置，其特征在于，所述编码模块还包括第一光开关，所述相位编码单元以及时间编码单元的输出端均与所述第一光开关连接，其中所述第一光开关为1×N的光开关，其中N为大于等于所述相位编码单元以及时间编码单元的输出端总个数的整数；

所述光源模块的输出端持续发射出光脉冲，所述第一光开关根据需要求每次选择其中一种状态的量子信号输出。

6.根据权利要求1-4任意一项所述的时间相位编码装置，其特征在于，所述光源模块发出的光脉冲通过斩波的方式获得。

7.根据权利要求1-4任意一项所述的时间相位编码装置，其特征在于，所述光源模块中的激光器采用电吸收激光器或者内调制激光器。

8.一种量子密钥发射机，其特征在于，该量子密钥发射机包括权利要求1-7任意一项所述时间相位编码装置。

9.一种量子密钥分发系统，包括量子密钥发射机以及量子密钥接收机，其特征在于，该量子密钥发射机为权利要求8所述的量子密钥发射机。

10.根据权利要求9所述的量子密钥分发系统，其特征在于，所述量子密钥接收机通过主动基矢选择或被动基矢选择对接收的量子比特信号进行解码。

11.根据权利要求10所述的量子密钥分发系统，其特征在于，所述量子密钥接收机包括第一探测模块：

第一探测模块包括第一不等臂干涉仪单元以及第一光电探测单元，所述第一光电探测单元与所述不等臂干涉仪单元的输出端连接，用于探测利用时间基矢编码的量子比特以及利用相位基矢编码的量子比特。

12.根据权利要求11所述的量子密钥分发系统，其特征在于，所述量子密钥接收机还包括分束器，以及分别连接所述分束器两个输出端的第一探测模块和第二探测模块：

所述分束器将接收的量子比特信号分成两路，一路输入至第一探测模块，另一路输入至第二探测模块；

所述第一探测模块用于探测利用相位基矢编码的量子比特；

所述第二探测模块包括第二光电探测单元，用于探测利用时间基矢编码的量子比特。

13.根据权利要求10所述的量子密钥分发系统，其特征在于，所述量子密钥接收机包括分束器、相位解码模块、时间解码模块、第二光开关以及光电探测器；

所述分束器将接收的量子比特信号分成两路，一路输入至相位解码模块，另一路输入至时间解码模块；

所述第二光开关将相位解码模块或时间解码模块输出的信号传输至光电探测器。

14.根据权利要求10所述的量子密钥分发系统，其特征在于，所述量子密钥接收机包括第三探测模块，第三探测模块包括不等臂干涉仪单元、第一光电探测单元以及第二强度调制器，所述第二强度调制器设置在所述不等臂干涉仪单元的一臂上，所述第一光电探测单元与所述不等臂干涉仪单元的输出端连接；

通过控制所述第二强度调制器的工作状态，选择探测利用时间基矢编码的量子比特和/或利用相位基矢编码的量子比特。

15.根据权利要求10所述的量子密钥分发系统，其特征在于，所述量子密钥接收机包括第三光开关，以及分别连接所述光开关两个输出端的第四探测模块和第五探测模块：

所述第三光开关将接收的量子比特信号分成两路，一路输入至第四探测模块，另一路输入至第五探测模块；

第四探测模块包括第二不等臂干涉仪单元以及第三光电探测单元，所述第三光电探测单元与所述第二不等臂干涉仪单元的输出端连接，用于探测利用利用相位基矢编码的量子比特

第五探测模块包括第三光电探测单元，用于探测利用相位基矢编码的量子比特；

通过控制所述第三光开关的工作状态，选择探测利用相位基矢编码的量子比特或利用时间基矢编码的量子比特。

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