CN215072422U - 用于量子通信的时间相位编码装置和量子通信设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供用于量子通信的时间相位编码装置和量子通信设备，所述时间相位编码装置包括：光源；不等臂干涉仪，连接光源，以将光源输出的光脉冲分成时间上相邻的两路子光脉冲；第一强度调制器，设置在光源与不等臂干涉仪的输入端之间的第一传输光路上；第二强度调制器，设置在光源与不等臂干涉仪的输入端之间的第二传输光路上；第三强度调制器，设置在光源与不等臂干涉仪的输出端之间的第三传输光路上；控制器，通过所述强度调制器对光源经由不同传输光路上传输的光脉冲进行消光处理来进行相位编码或时间编码。本实用新型仅需单个光源就能够在无需相位调制器的情况下提供量子通信系统所需相位编码和时间编码。
Description
技术领域
本实用新型涉及量子通信技术领域，尤其涉及用于量子通信的时间相位编码装置以及包括该时间相位编码装置的量子通信设备。
背景技术
目前，在量子通信系统中，通常采用如图1所示的时间相位编码装置来实现相位基矢和时间基矢的编码。在图1示出的时间相位编码装置中，通常需要构建两个独立的光学传输路径来分别实现相位基矢的编码和时间基矢的编码，其中，光源X和包括在不等臂干涉仪中的相位调制器PM用于实现相位基矢的编码，光源Z和强度调制器IM用于实现时间基矢的编码。
然而，这种装置必须加载和切换至少两种不同的相位调制电压才能实现相位基矢的编码，这会引起相位调制器PM所加载的相位调制电压不稳定，进而导致所调制的相位差的精度变差，系统的成码率变低。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供用于量子通信的时间相位编码装置和量子通信设备。
根据本实用新型的一方面，提供一种用于量子通信的时间相位编码装置，所述时间相位编码装置包括：光源；不等臂干涉仪，连接所述光源，以将所述光源输出的光脉冲分成时间上相邻的两路子光脉冲；第一强度调制器，设置在所述光源与所述不等臂干涉仪的输入端之间的第一传输光路上；第二强度调制器，设置在所述光源与所述不等臂干涉仪的输入端之间的第二传输光路上；第三强度调制器，设置在所述光源与所述不等臂干涉仪的输出端之间的第三传输光路上；控制器，通过所述第二强度调制器和所述第三强度调制器对所述光源经由所述第二传输光路和所述第三传输光路传输的光脉冲进行消光处理，以根据基于所述两路子光脉冲在所述不等臂干涉仪的分束器和合束器上的相位变化而在所述两路子光脉冲之间形成的第一相位差进行相位编码；通过所述第一强度调制器和所述第三强度调制器对所述光源经由所述第一传输光路和所述第三传输光路传输的光脉冲进行消光处理，以根据基于所述两路子光脉冲在所述不等臂干涉仪的分束器和合束器上的相位变化而在所述两路子光脉冲之间形成的第二相位差进行相位编码；通过所述第一强度调制器和所述第二强度调制器对所述光源经由所述第一传输光路和所述第二传输光路传输的光脉冲进行消光处理，以根据所述光源经由所述第三传输光路传输的光脉冲的延时位置进行时间编码。
优选地，所述时间相位编码装置还包括：第一分束器，设置在所述光源与所述第一强度调制器的输入端之间，以将所述光源输出的光脉冲分束至所述第一传输光路和所述第二传输光路。
优选地，所述时间相位编码装置还包括：第二分束器，设置在所述第一分束器与所述第二强度调制器的输入端之间，以将所述光源输出的光脉冲从所述第二传输光路分束到所述第三传输光路。
优选地，所述时间相位编码装置还包括：时间相位合束器，设置在所述第三强度调制器和所述不等臂干涉仪的输出端，以将所述第三强度调制器输出的光脉冲和所述不等臂干涉仪输出的光脉冲合束。
优选地，所述时间相位编码装置还包括：可变光衰减器，设置在所述时间相位合束器的输出端，其中，所述控制器通过所述可变光衰减器以及所述第一强度调制器、所述第二强度调制器和所述第三强度调制器中的一者来对所述光源输出的光脉冲进行诱骗态处理。
优选地，所述第一相位差和所述第二相位差分别为π和0。
根据本实用新型的另一方面，提供一种量子通信设备，所述量子通信设备包括如前所述的用于量子通信的时间相位编码装置。
本实用新型所提供的时间相位编码装置和量子通信设备仅需单个光源就能够在无需相位调制器的情况下提供量子通信系统所需相位编码和时间编码。这样不仅能够有效地避免因相位调制器在不同的相位调制电压之间来回反复切换而导致相位调制器所加载的相位调制电压不稳定的问题，而且还能够有效地确保量子通信系统输出的光脉冲在频率、幅度等特性上保持一致，避免光脉冲出现抖动，从而在很大程度上提升了相位编码的相位差调制精度和系统的成码率。
附图说明
通过下面结合附图进行的描述，本实用新型的上述目的和特点将会变得更加清楚。
图1示出了相关技术中的用于量子通信的时间相位编码装置的示意图。
图2示出了本实用新型的用于量子通信的时间相位编码装置的示意图。
图3示出了本实用新型的用于量子通信的时间相位编码装置的另一示意图。
图4示出了使用本实用新型的用于量子通信的时间相位编码装置进行时间相位编码的光脉冲调制示意图。
具体实施方式
下面，将参照附图来详细地说明本实用新型的实施例。
参照图2，本实用新型的用于量子通信的时间相位编码装置至少可包括光源X、不等臂干涉仪M-Z、第一强度调制器IM0、第二强度调制器IM1、第三强度调制器IM2以及控制器（未示出），诸如，但不限于，FPGA、ARM、MCU等控制芯片。
在图2示出的用于量子通信的时间相位编码装置中，不等臂干涉仪M-Z可连接光源X，以将光源X输出的光脉冲分成时间上相邻的两路子光脉冲。第一强度调制器IM0可设置在光源X与不等臂干涉仪M-Z的输入端之间的第一传输光路L1上。第二强度调制器IM1可设置在光源X与不等臂干涉仪M-Z的输入端之间的第二传输光路L2上。第三强度调制器IM2可设置在光源X与不等臂干涉仪M-Z的输出端之间的第三传输光路L3上。控制器可通过第二强度调制器IM1和第三强度调制器IM2对光源X经由第二传输光路L2和第三传输光路L3传输的光脉冲进行消光处理，以根据基于两路子光脉冲在不等臂干涉仪M-Z的分束器和合束器上的相位变化而在两路子光脉冲之间形成的第一相位差进行相位编码；通过第一强度调制器IM0和第三强度调制器IM2对光源X经由第一传输光路L1和第三传输光路L3传输的光脉冲进行消光处理，以根据基于两路子光脉冲在不等臂干涉仪M-Z的分束器和合束器上的相位变化而在两路子光脉冲之间形成的第二相位差进行相位编码；并且通过第一强度调制器IM0和第二强度调制器IM1对光源X经由第一传输光路L1和第二传输光路L2传输的光脉冲进行消光处理，以根据光源X经由第三传输光路L3传输的光脉冲的延时位置进行时间编码。
在图2示出的用于量子通信的时间相位编码装置中，还可包括第一分束器BS0，第一分束器BS0可设置在光源X与第一强度调制器IM0的输入端之间，以将光源X输出的光脉冲分束至第一传输光路L1和第二传输光路L2。
在图2示出的用于量子通信的时间相位编码装置中，还可包括第二分束器BS1，第二分束器BS1可设置在第一分束器BS0与第二强度调制器IM1的输入端之间，以将光源X输出的光脉冲从第二传输光路L2分束到第三传输光路L3。
在图2示出的用于量子通信的时间相位编码装置中，还可包括时间相位合束器BC，时间相位合束器BC可设置在第三强度调制器IM2和不等臂干涉仪M-Z的输出端，以将第三强度调制器IM2输出的光脉冲和不等臂干涉仪M-Z输出的光脉冲合束。
参照图3，本实用新型的用于量子通信的时间相位编码装置除了包括如前所述的光源X、不等臂干涉仪M-Z、第一强度调制器IM0、第二强度调制器IM1、第三强度调制器IM2、控制器、第一分束器BS0、第二分束器BS1和时间相位合束器BC之外，还可包括可变光衰减器VOA，可变光衰减器VOA可设置在时间相位合束器BC的输出端，控制器可通过第一强度调制器IM0、第二强度调制器IM1和第三强度调制器IM2中的一者和可变光衰减器对光源X输出的光脉冲进行诱骗态处理。
下面，将参照图4进一步详细地描述使用本实用新型的用于量子通信的时间相位编码装置进行时间相位编码的光脉冲调制过程。
在图4示出的光脉冲调制过程中，可通过光源X输出光脉冲1010。在通过第二强度调制器IM1和第三强度调制器IM2对光源X经由第二传输光路L2和第三传输光路L3传输的光脉冲进行消光处理的情况下，可通过不等臂干涉仪M-Z将光源X经由第一传输光路L1传输的光脉冲1010划分成两路子光脉冲1011和1012，其中，子光脉冲1011可从不等臂干涉仪M-Z的分束器进入到不等臂干涉仪M-Z的短臂中并且沿着不等臂干涉仪M-Z的短臂传输至不等臂干涉仪M-Z的合束器，子光脉冲1012可从不等臂干涉仪M-Z的分束器进入到不等臂干涉仪M-Z的长臂中并且沿着不等臂干涉仪M-Z的长臂传输至不等臂干涉仪M-Z的合束器。在上述传输过程中，子光脉冲1011的相位因不等臂干涉仪M-Z的分束器和合束器的透射而并未发生变化，子光脉冲1012的相位因不等臂干涉仪M-Z的分束器和合束器的反射而增加π。因此，可基于子光脉冲1011和1012在不等臂干涉仪M-Z的分束器和合束器上的相位变化而在子光脉冲1011和1012之间形成第一相位差π。相应地，可根据由此而得到的第一相位差π而实现对子光脉冲1011和1012的相位编码（对应于图4所示的延时位置X0）。在此期间，还可通过第一强度调制器IM0和可变光衰减器VOA对子光脉冲1011和1012进行诱骗态处理。
在图4示出的光脉冲调制过程中，还可通过光源X输出光脉冲1020。在通过第一强度调制器IM0和第三强度调制器IM2对光源X经由第一传输光路L1和第三传输光路L3传输的光脉冲进行消光处理的情况下，可通过不等臂干涉仪M-Z将光源X经由第二传输光路L2传输的光脉冲1020划分成两路子光脉冲1021和1022，其中，子光脉冲1021可从不等臂干涉仪M-Z的分束器进入到不等臂干涉仪M-Z的短臂中并且沿着不等臂干涉仪M-Z的短臂传输至不等臂干涉仪M-Z的合束器，子光脉冲1022可从不等臂干涉仪M-Z的分束器进入到不等臂干涉仪M-Z的长臂中并且沿着不等臂干涉仪M-Z的长臂传输至不等臂干涉仪M-Z的合束器。在上述传输过程中，子光脉冲1021的相位因不等臂干涉仪M-Z的分束器的反射而增加π/2，子光脉冲1022的相位因不等臂干涉仪M-Z的合束器的反射而增加π/2。因此，可基于子光脉冲1021和1022在不等臂干涉仪M-Z的分束器和合束器上的相位变化而在子光脉冲1021和1022之间形成第二相位差0。相应地，可根据由此而得到的第二相位差0而实现对子光脉冲1021和1022的相位编码（对应于图4所示的延时位置X1）。在此期间，还可通过第二强度调制器IM1和可变光衰减器VOA对子光脉冲1021和1022进行诱骗态处理。
应当理解，尽管图4示出了使用本实用新型的用于量子通信的时间相位编码装置进行相位编码的光脉冲调制示意图，但是图4所示出的相位编码过程仅仅是示意性的。根据需要，也可采用其他的相位差（例如，π/2和3π/2）来实现对光脉冲的相位编码。因此，本实用新型并不限于此。
在图4示出的光脉冲调制过程中，还可通过光源X输出光脉冲1030。在通过第一强度调制器IM0和第二强度调制器IM1对光源X经由第一传输光路L1和第二传输光路L2传输的光脉冲进行消光处理的情况下，可对光源X经由第三传输光路L3传输的光脉冲1030的延时位置进行时间编码。在示例中，可将光脉冲1030的延时位置记为量子比特“0”，以实现对光脉冲1030的时间编码（对应于图4所示的延时位置Z0）。在此期间，还可通过第三强度调制器IM2和可变光衰减器VOA对光脉冲1030进行诱骗态处理。
在图4示出的光脉冲调制过程中，还可通过光源X输出延时位置相对于光脉冲的周期T滞后预定持续时间t的光脉冲1040。在通过第一强度调制器IM0和第二强度调制器IM1对光源X经由第一传输光路L1和第二传输光路L2传输的光脉冲进行消光处理的情况下，可对光源X经由第三传输光路L3传输的光脉冲1040的延时位置进行时间编码。在示例中，可将延时位置相对于光脉冲的周期T滞后预定持续时间t的光脉冲1040的延时位置记为量子比特“1”，以实现对光脉冲1040的时间编码（对应于图4所示的延时位置Z1）。在此期间，还可通过第三强度调制器IM2和可变光衰减器VOA对光脉冲1040进行诱骗态处理。
应当理解，尽管图4示出了使用本实用新型的用于量子通信的时间相位编码装置进行时间编码的光脉冲调制示意图，但是图4所示出的时间编码过程仅仅是示意性的。根据需要，也可使用光脉冲的其他延时位置来实现对光脉冲的时间编码。因此，本实用新型并不限于此。
此外，本实用新型还可提供一种包括本实用新型的用于量子通信的时间相位编码装置的量子通信设备（诸如，量子密钥分发系统的发射端）。
本实用新型所提供的时间相位编码装置和量子通信设备仅需单个光源就能够在无需相位调制器的情况下提供量子通信系统所需相位编码和时间编码。这样不仅能够有效地避免因相位调制器在不同的相位调制电压之间来回反复切换而导致相位调制器所加载的相位调制电压不稳定的问题，而且还能够有效地确保量子通信系统输出的光脉冲在频率、幅度等特性上保持一致，避免光脉冲出现抖动，从而在很大程度上提升了相位编码的相位差调制精度和系统的成码率。
尽管已参照优选实施例表示和描述了本申请，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本申请的精神和范围的情况下，可以对这些实施例进行各种修改和变换。
Claims (7)
1.一种用于量子通信的时间相位编码装置，其特征在于，所述时间相位编码装置包括：
光源；
不等臂干涉仪，连接所述光源，以将所述光源输出的光脉冲分成时间上相邻的两路子光脉冲；
第一强度调制器，设置在所述光源与所述不等臂干涉仪的输入端之间的第一传输光路上；
第二强度调制器，设置在所述光源与所述不等臂干涉仪的输入端之间的第二传输光路上；
第三强度调制器，设置在所述光源与所述不等臂干涉仪的输出端之间的第三传输光路上；
控制器，
通过所述第二强度调制器和所述第三强度调制器对所述光源经由所述第二传输光路和所述第三传输光路传输的光脉冲进行消光处理，以根据基于所述两路子光脉冲在所述不等臂干涉仪的分束器和合束器上的相位变化而在所述两路子光脉冲之间形成的第一相位差进行相位编码；
通过所述第一强度调制器和所述第三强度调制器对所述光源经由所述第一传输光路和所述第三传输光路传输的光脉冲进行消光处理，以根据基于所述两路子光脉冲在所述不等臂干涉仪的分束器和合束器上的相位变化而在所述两路子光脉冲之间形成的第二相位差进行相位编码；
通过所述第一强度调制器和所述第二强度调制器对所述光源经由所述第一传输光路和所述第二传输光路传输的光脉冲进行消光处理，以根据所述光源经由所述第三传输光路传输的光脉冲的延时位置进行时间编码。
2.根据权利要求1所述的时间相位编码装置，其特征在于，所述时间相位编码装置还包括：
第一分束器，设置在所述光源与所述第一强度调制器的输入端之间，以将所述光源输出的光脉冲分束至所述第一传输光路和所述第二传输光路。
3.根据权利要求2所述的时间相位编码装置，其特征在于，所述时间相位编码装置还包括：
第二分束器，设置在所述第一分束器与所述第二强度调制器的输入端之间，以将所述光源输出的光脉冲从所述第二传输光路分束到所述第三传输光路。
4.根据权利要求3所述的时间相位编码装置，其特征在于，所述时间相位编码装置还包括：
时间相位合束器，设置在所述第三强度调制器和所述不等臂干涉仪的输出端，以将所述第三强度调制器输出的光脉冲和将所述不等臂干涉仪输出的光脉冲合束。
5.根据权利要求4所述的时间相位编码装置，其特征在于，所述时间相位编码装置还包括：
可变光衰减器，设置在所述时间相位合束器的输出端，
其中，所述控制器通过所述第一强度调制器、所述第二强度调制器和所述第三强度调制器中的一者以及所述可变光衰减器来对所述光源输出的光脉冲进行诱骗态处理。
6.根据权利要求1所述的时间相位编码装置，其特征在于，所述第一相位差和所述第二相位差分别为π和0。
7.一种量子通信设备，其特征在于，所述量子通信设备包括：
权利要求1至6中任意一项所述的用于量子通信的时间相位编码装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202122708005.8U CN215072422U (zh) | 2021-11-08 | 2021-11-08 | 用于量子通信的时间相位编码装置和量子通信设备 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN202122708005.8U CN215072422U (zh) | 2021-11-08 | 2021-11-08 | 用于量子通信的时间相位编码装置和量子通信设备 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN215072422U true CN215072422U (zh) | 2021-12-07 |
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ID=79218378
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202122708005.8U Active CN215072422U (zh) | 2021-11-08 | 2021-11-08 | 用于量子通信的时间相位编码装置和量子通信设备 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN215072422U (zh) |
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2021
- 2021-11-08 CN CN202122708005.8U patent/CN215072422U/zh active Active
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