基于相位编码的QKD系统的发送端及接收端的制作方法

本发明涉及量子通信，具体涉及一种基于相位编码的qkd系统的发送端、接收端及qkd系统。

背景技术：

1、目前的量子密钥分发（quantum key distribution，简称qkd）系统主要基于偏振编码和相位编码实现，在相位编码过程中，一个脉冲光发生干涉后会产生前、中、后三个脉冲光。在这三个脉冲光中，仅中间的脉冲光产于干涉，前、后脉冲光均不发生干涉，前、后脉冲光在探测时被丢弃，使得qkd系统至少丢失一半数量的光子，光子利用率低，导致成码率较低。此外，当前的qkd系统的光纤干涉仪中同时传输h和v两种偏振态的脉冲光，在利用相位调制器对该脉冲光进行调制时，由于光纤双折射效应，两种偏振态相位存在偏差，相位编码及相位解码均存在误差，导致误码率较高。

2、为了提升qkd系统的成码率，目前主要采用提高qkd系统频率的方式。该方式虽然能达到提升成码率的效果，但在提升重复频率的同时，增加了调相驱动信号和探测器驱动信号的设计难度，对元器件的要求比较苛刻，成本较高。同时，调相驱动信号和探测器驱动信号的抖动、上升沿时间和下降沿时间会增加qkd系统的误码率。

技术实现思路

1、本发明实施例提供了一种基于相位编码的qkd系统的发送端、接收端及qkd系统，用以至少部分地解决现有技术存在的缺陷。

2、为了实现上述目的，本发明实施例提供的基于相位编码的qkd系统的发送端、接收端及qkd系统采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明实施例提供的基于相位编码的qkd系统的发送端包括：

4、激光器，用于制备并输出第一脉冲光。

5、诱骗态调制模块，用于基于所述第一脉冲光，产生并输出具有设定比例的信号态及诱骗态的第二脉冲光。

6、第一光纤干涉仪，包括第一不等臂光纤干涉仪，用于基于所述第二脉冲光，产生并输出具有固定相位差及固定延时差的正交偏振态的第三脉冲光。

7、在一些示例中，所述第一光纤干涉仪为sagnac干涉仪。

8、在一些示例中，所述第一不等臂光纤干涉仪包括第一保偏分束器、第一保偏偏振分束器、相位调制器及第二保偏偏振分束器，其中：

9、所述第一保偏分束器用于将所述第二脉冲光按能量分束为第四脉冲光及第五脉冲光，其中，所述第四脉冲光输入所述第一保偏偏振分束器，所述第五脉冲光输入所述第二保偏偏振分束器。

10、所述第一保偏偏振分束器用于将所述第四脉冲光分束为第一h偏振态的脉冲光及第一v偏振态的脉冲光，将所述第一h偏振态的脉冲光输入所述相位调制器，将所述第一v偏振态的脉冲光输入所述第二保偏偏振分束。

11、所述第二保偏偏振分束器用于将所述第五脉冲光分束为第二h偏振态的脉冲光及第二v偏振态的脉冲光，将所述第二h偏振态的脉冲光输入所述相位调制器，将所述第二v偏振态的脉冲光输入所述第一保偏偏振分束器，其中，所述第一h偏振态的脉冲光及所述第二h偏振态的脉冲光经过所述第一不等臂光纤干涉仪的长臂，所述第一v偏振态的脉冲光及所述第二v偏振态的脉冲光经过所述第一不等臂光纤干涉仪的短臂。

12、所述相位调制器用于同时对所述第一h偏振态的脉冲光及所述第二h偏振态的脉冲光的相位进行调制，分别产生并输出具有所述固定相位差的第六脉冲光及具有所述固定相位差的第七脉冲光，其中，所述第六脉冲光输入所述第二保偏偏振分束器，所述第七脉冲光输入所述第一保偏偏振分束器。

13、所述第一保偏偏振分束器还用于将所述第二v偏振态的脉冲光与所述第七脉冲光合束，生成并输出第八脉冲光。

14、所述第二保偏偏振分束器还用于将所述第一v偏振态的脉冲光与所述第六脉冲光合束，生成并输出第九脉冲光，其中，所述第八脉冲光与所述第九脉冲光具有固定延时差。

15、所述第一保偏分束器还用于将所述第八脉冲光与所述第九脉冲光合束，产生并输出所述第三脉冲光。

16、在一些示例中，本发明实施例提供的基于相位编码的qkd系统的发送端还包括：

17、光衰减器，用于将所述第三脉冲光的能量衰减至单光子水平，产生并输出第十脉冲光。

18、在一些示例中，所述第一不等臂光纤干涉仪为mz干涉仪。

19、第二方面，本发明实施例提供的基于相位编码的qkd系统的接收端包括：

20、偏振控制器，用于将第一方面公开的qkd系统的发送端发送的第十脉冲光中的v偏振态的脉冲光的偏振态调整为h偏振态的脉冲光，同时将所述第十脉冲光中的h偏振态的脉冲光的偏振态调整为v偏振态的脉冲光，产生并输出与所述第十脉冲光具有相同相位差的第十一脉冲光；

21、第二光纤干涉仪，包括第二不等臂光纤干涉仪，用于基于所述第十一脉冲光，产生并输出与所述第十一脉冲光具有相同相位差的第十二脉冲光。

22、在一些示例中，所述第二不等臂光纤干涉仪包括第二保偏分束器、第三保偏偏振分束器及第四保偏偏振分束器，其中：

23、所述第二保偏分束器用于将所述第十一脉冲光按能量分束为第十三脉冲光及第十四脉冲光，其中，所述第十三脉冲光输入所述第三保偏偏振分束器，所述第十四脉冲光输入所述第四保偏偏振分束器；

24、所述第三保偏偏振分束器用于将所述第十三脉冲光分束为第三h偏振态的脉冲光及第三v偏振态的脉冲光，将所述第三h偏振态的脉冲光及所述第三v偏振态的脉冲光输入所述第四保偏偏振分束器；

25、所述第四保偏偏振分束器用于所述第十四脉冲光分束为第四h偏振态的脉冲光及第四v偏振态的脉冲光，将所述第四h偏振态的脉冲光及所述第四v偏振态的脉冲光输入所述第三保偏偏振分束器，其中，所述第三h偏振态的脉冲光及所述第四h偏振态的脉冲光经过所述第二不等臂光纤干涉仪的短臂，所述第三v偏振态的脉冲光及所述第四v偏振态的脉冲光经过所述第二不等臂光纤干涉仪的长臂；

26、所述第三保偏偏振分束器还用于将所述第四v偏振态的脉冲光与所述第四h偏振态的脉冲光合束，生成并输出第十五脉冲光；

27、所述第四保偏偏振分束器还用于将所述第三v偏振态的脉冲光与所述第三h偏振态的脉冲光合束，生成并输出第十六脉冲光；

28、所述第二保偏分束器还用于将所述第十五脉冲光与所述第十六脉冲光合束，使得所述第十五脉冲光与所述第十六脉冲光发生干涉，产生并输出所述第十二脉冲光。

29、在一些示例中，所述第二光纤干涉仪为sagnac干涉仪。

30、在一些示例中，所述第二不等臂光纤干涉仪为mz干涉仪。

31、第三方面，本发明实施例提供的基于相位编码的qkd系统包括第一方面公开的基于相位编码的qkd系统的发送端及第二方面公开的基于相位编码的qkd系统的接收端。

32、与现有技术相比，本发明实施例提供的基于相位编码的发送端、接收端及qkd系统具有以下有益效果：

33、（1）qkd系统的发送端输入一个脉冲光，接收端干涉后也输出一个脉冲光，干涉没有叠加峰，整体干涉效率较其他基于相位编码的qkd系统提升一倍，提高了干涉效率；

34、（2）qkd系统的发送端仅需要经过相位调制器调制一种偏振态的脉冲光，消除了对不同偏振态的脉冲光进行相位调制时因双折射效应引起的偏差，降低了qkd系统的误码率。