量子密鑰分配系統(tǒng)中用于差分光學(xué)相位調(diào)制的方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方式中涉及差分光學(xué)相位調(diào)制方法和用于該方法的 裝置。更具體地說，本公開涉及用于差分光學(xué)相位調(diào)制的方法和裝置，該方法和裝置可應(yīng)用 于基于相位調(diào)制的量子密鑰分配系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 該部分中的陳述僅提供與本公開有關(guān)的背景信息，并且不必構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。
[0003] 量子密鑰分配系統(tǒng)（QuantumKeyDistributionSystem)在通過調(diào)整單光子的偏 振或相位來加載密鑰信息之后，向接受方發(fā)送單光子。接受方使用偏振接收器、光學(xué)相位調(diào) 制器（OpticalPhaseModulator)等提取密鑰信息。這個(gè)單光子發(fā)送使用光學(xué)通信技術(shù) 實(shí)現(xiàn)，并且目標(biāo)在于長距離發(fā)送的量子密鑰分配系統(tǒng)可以主要使用單模光纖（SingleMode OpticalFiber)作為量子通道（QuantumChannel)。當(dāng)通過單模光纖發(fā)送偏振調(diào)制后的單 光子時(shí)，偏振屬性變得不穩(wěn)定，由此使得發(fā)送性能劣化。因此，對(duì)于密鑰分配，相位調(diào)制方案 比偏振調(diào)制方案優(yōu)選。
[0004] 基于相位調(diào)制的量子密鑰分配系統(tǒng)主要使用時(shí)分光學(xué)干涉（Time-division Interference)方案。時(shí)分光學(xué)干涉方案可以通過使用非對(duì)稱光學(xué)干涉儀（Asymmetric OpticalInterferometer)、光學(xué)相位調(diào)制器等而引起。非對(duì)稱光學(xué)干涉儀被構(gòu)造成具有帶 有不同長度的兩個(gè)光學(xué)路徑以生成光學(xué)干涉。輸入到非對(duì)稱光學(xué)干涉儀的單光子被分開成 在時(shí)域中具有不同坐標(biāo)的兩個(gè)概率分布。光學(xué)相位調(diào)制器調(diào)制穿過這些路徑中的一個(gè)路徑 的單光子的相位。接收端非對(duì)稱光學(xué)干涉儀在時(shí)域中將概率分布劃分為時(shí)域中的四個(gè)坐 標(biāo)。如果發(fā)送器和接收器的非對(duì)稱光學(xué)干涉儀具有相同的路徑差，則在單光子的四個(gè)概率 分布中的兩個(gè)相鄰方之間由于它們的交疊而發(fā)生干涉。接收器還包括調(diào)制單光子的相位的 光學(xué)相位調(diào)制器。當(dāng)從發(fā)送端和接收端的相位調(diào)制之和是2nJi(其中，n是整數(shù)）時(shí)，單光 子的兩個(gè)疊加的概率分布相長干涉以呈現(xiàn)最大檢測(cè)概率。相反，當(dāng)和是（2n+l) 31時(shí)，單光 子的兩個(gè)疊加的概率分布相消干涉，這導(dǎo)致最小檢測(cè)概率。這暗示了光學(xué)干涉儀的性能影 響量子密碼術(shù)系統(tǒng)的整體性能。
[0005] 為了獲得優(yōu)秀的光學(xué)干涉，重要的是確保光學(xué)干涉儀的穩(wěn)定的偏振屬性和相位屬 性。在接收器中彼此干涉的兩個(gè)單光子需要具有等偏振，并且相位需要在整個(gè)光學(xué)路徑中 保持恒定，除了由光學(xué)相位調(diào)制器附加提供的總相位調(diào)制值量之外。為此目的，光學(xué)干涉儀 必須具有精密構(gòu)造，并且可以可選地執(zhí)行相位補(bǔ)償?shù)目刂谱鳛檠a(bǔ)充措施。
[0006] 為了解決由將光學(xué)相位調(diào)制器定位在干涉儀路徑上而引起的傳統(tǒng)干涉儀的不穩(wěn) 定性，韓國專利申請(qǐng)第10-2011-0071803已經(jīng)提出如圖1例示將光學(xué)相位調(diào)制器定位在干 涉儀外部，以簡(jiǎn)化光學(xué)干涉儀的構(gòu)造并減少困難，諸如由光學(xué)相位調(diào)制器導(dǎo)致的光學(xué)路徑 的延伸、光學(xué)干涉儀中增加的不穩(wěn)定性和插入損耗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 技術(shù)問題
[0008] 相對(duì)于上述背景，本公開改進(jìn)了基于相位調(diào)制的量子密鑰分配系統(tǒng)，該系統(tǒng)借助 通過向兩個(gè)時(shí)分脈沖施加差分相位調(diào)制減小調(diào)制器及其驅(qū)動(dòng)器的所需操作范圍，通過采用 外部定位的光學(xué)相位調(diào)制器，獲得更高的光學(xué)干涉儀穩(wěn)定性。
[0009] 技術(shù)方案
[0010] 根據(jù)本公開的至少一個(gè)實(shí)施方式，一種量子密鑰分配系統(tǒng)中的發(fā)送裝置包括光學(xué) 干涉儀和光學(xué)相位調(diào)制器。該光學(xué)干涉儀被構(gòu)造成接收從光源輸入的單光子脈沖，并且提 供用于所述單光子脈沖穿過的、具有預(yù)定路徑差的兩個(gè)光學(xué)路徑。光學(xué)相位調(diào)制器被構(gòu)造 成對(duì)穿過所述光學(xué)干涉儀的所述單光子脈沖執(zhí)行時(shí)間差分相位調(diào)制。所述單光子脈沖在穿 過所述光學(xué)干涉儀之后，具有在時(shí)域中被劃分為兩個(gè)單獨(dú)區(qū)域的概率分布。
[0011] 所述光學(xué)相位調(diào)制器可以被構(gòu)造成使得在所述單光子脈沖穿過所述兩個(gè)光學(xué)路 徑中的較短路徑時(shí)與所述單光子脈沖穿過所述兩個(gè)光學(xué)路徑中的較長路徑時(shí)之間，所述單 光子脈沖具有預(yù)定相位差或PA。
[0012] 所述光學(xué)相位調(diào)制器可以被構(gòu)造成使得所述單光子脈沖在穿過所述兩個(gè)光學(xué)路 徑中的一個(gè)光學(xué)路徑時(shí)相移-9a/2,并且在穿過所述兩個(gè)光學(xué)路徑中的另一個(gè)光學(xué)路徑時(shí)相 移〇
[0013] 這里，q>A可以是響應(yīng)于隨機(jī)數(shù)的比特信息和基（basis)信息而預(yù)定的值。
[0014] 私可以是以下值中的一個(gè)：31 /4、- Jr /4、3 JT /4和-3 JT /4。
[0015] 所述發(fā)送裝置可以包括相位調(diào)制信號(hào)生成器，該相位調(diào)制信號(hào)生成器被構(gòu)造成生 成對(duì)應(yīng)于隨機(jī)數(shù)的比特信號(hào)和基信號(hào)的、用于驅(qū)動(dòng)所述光學(xué)相位調(diào)制器的、至少一個(gè)差分 相位調(diào)制信號(hào)。
[0016] 所述差分相位調(diào)制信號(hào)可以包括被構(gòu)造成在一個(gè)周期期間從高切換到低的信號(hào) 或被構(gòu)造成在一個(gè)周期期間從低切換到高的另一個(gè)信號(hào)。
[0017] 所述發(fā)送裝置可以還包括信號(hào)轉(zhuǎn)換器，該信號(hào)轉(zhuǎn)換器被構(gòu)造成從隨機(jī)數(shù)的所述比 特信號(hào)和基信號(hào)的組合執(zhí)行信號(hào)轉(zhuǎn)換，以生成差分相位調(diào)制信號(hào)，該組合是{0,0}、{〇，1}、 {1，0}以及{1，1}至{〇, 1}、{1，0}、{1，1}和{〇, 0}。
[0018] 根據(jù)本公開的另一個(gè)實(shí)施方式，一種量子密鑰分配系統(tǒng)中的接收裝置，該接收裝 置包括光學(xué)相位調(diào)制器和光學(xué)干涉儀。所述光學(xué)相位調(diào)制器被構(gòu)造成從所述量子密鑰分 配系統(tǒng)的發(fā)送裝置接收已差分相位調(diào)制的單光子脈沖并且對(duì)接收到的單光子脈沖執(zhí)行時(shí) 間差分相位調(diào)制。所述光學(xué)干涉儀連接到所述光學(xué)路徑調(diào)制器，并且被構(gòu)造成提供用于所 述單光子脈沖穿過的兩個(gè)光學(xué)路徑，所述兩個(gè)光學(xué)路徑具有與所述發(fā)送裝置中相同的路徑 差。從所述發(fā)送裝置接收到的所述單光子脈沖具有在時(shí)域中被劃分為兩個(gè)單獨(dú)區(qū)域的概率 分布或具有所謂的時(shí)分概率分布。
[0019] 該光學(xué)干涉儀可以被構(gòu)造成以與所述時(shí)分存在概率分布相同的間隔進(jìn)一步在時(shí) 域劃分從所述光學(xué)相位調(diào)制器傳送的、差分相位調(diào)制后的單光子脈沖的所述時(shí)分概率分 布。
[0020] 該差分相位調(diào)制后的單光子脈沖在穿過所述光學(xué)干涉儀之后，可以具有在時(shí)域中 被劃分為三個(gè)單獨(dú)區(qū)域的概率分布。
[0021] 該光學(xué)相位調(diào)制器可以被構(gòu)造成執(zhí)行所述時(shí)間差分相位調(diào)制，使得在當(dāng)所述單光 子脈沖穿過較短光學(xué)路徑時(shí)與當(dāng)穿過較長光學(xué)路徑時(shí)的兩種情況之間，接收到的單光子脈 沖具有預(yù)定相位差或_。
[0022] 所述光學(xué)相位調(diào)制器可以被構(gòu)造成執(zhí)行所述時(shí)間差分相位調(diào)制，使得所述接收到 的單光子脈沖在穿過兩個(gè)光學(xué)路徑中的一個(gè)光學(xué)路徑時(shí)相移-9b/2,并且在穿過所述兩個(gè)光 學(xué)路徑中的另一個(gè)光學(xué)路徑時(shí)相移9b/2。
[0023] 腫可以是響應(yīng)于隨機(jī)數(shù)的基信息而預(yù)定的值。
[0024]物可以是 JT/4 或-31/4。
[0025] 該接收裝置可以還包括相位調(diào)制信號(hào)生成器，該相位調(diào)制信號(hào)生成器被構(gòu)造成生 成對(duì)應(yīng)于隨機(jī)數(shù)的基信號(hào)的、用于驅(qū)動(dòng)所述光學(xué)相位調(diào)制器的、差分相位調(diào)制信號(hào)。
[0026] 該差分相位調(diào)制信號(hào)可以包括被構(gòu)造成在一個(gè)周期期間從高切換到低的信號(hào)或 被構(gòu)造成在一個(gè)周期期間從低切換到高的另一個(gè)信號(hào)。
[0027] 根據(jù)本公開的另一個(gè)實(shí)施方式，一種用于在量子密鑰分配系統(tǒng)中發(fā)送量子信息的 方法，該方法包括以下步驟：從光源接