一種兩節(jié)點(diǎn)測量設(shè)備無關(guān)量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域中量子密鑰分發(fā)領(lǐng)域，具體地是涉及一種兩節(jié)點(diǎn)測量設(shè)備無 關(guān)量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 測量設(shè)備無關(guān)量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)是目前公認(rèn)的具有較高安全度、廣闊應(yīng)用前景的 量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)。特別是其具有的較高安全性，是其他量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)無法比擬的。 按照編碼方式的不同，測量設(shè)備無關(guān)量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)分成偏振編碼和相位編碼兩大類。 最初的測量設(shè)備無關(guān)量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)采用偏振編碼，但由于光纖雙折射和時間抖動的影 響，脈沖偏振態(tài)隨機(jī)變化影響貝爾態(tài)響應(yīng)結(jié)果，造成系統(tǒng)穩(wěn)定性差、安全密鑰率低、誤碼率 高。隨后出現(xiàn)了采用相位編碼的測量設(shè)備無關(guān)量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)，該系統(tǒng)雖然克服了偏振 態(tài)隨機(jī)變化對貝爾態(tài)響應(yīng)的影響，但由于兩個獨(dú)立的激光器產(chǎn)生的脈沖初始相位不同，同 時從Alice傳輸?shù)紺harlie的脈沖和從Bob傳輸?shù)紺harlie的脈沖相位漂移不同，時間抖 動也不同。初始相位、相位漂移、時間抖動都影響貝爾態(tài)響應(yīng)結(jié)果，同樣導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定性差、 安全密鑰率較低。
[0003] 最新報道的測量設(shè)備無關(guān)量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)采用相位編碼，通過引入頻譜穩(wěn)定系 統(tǒng)穩(wěn)定頻譜，引入相位穩(wěn)定系統(tǒng)校準(zhǔn)相位參考系，引入偏振穩(wěn)定系統(tǒng)校正偏振變化，引入時 間校準(zhǔn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信號同步。雖然引入四大主動補(bǔ)償系統(tǒng)使得安全密鑰率達(dá)到16bp S，與以往 的測量設(shè)備無關(guān)量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)相比安全密鑰率提高了兩個數(shù)量級，但該系統(tǒng)仍存在相 位漂移無法補(bǔ)償、系統(tǒng)龐大復(fù)雜等問題。
[0004] 綜上所述，現(xiàn)有的測量設(shè)備無關(guān)量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)存在偏振變化、相位漂移、相位 參考系不統(tǒng)一、同步實(shí)現(xiàn)困難等影響系統(tǒng)穩(wěn)定性、安全密鑰率的問題。分析現(xiàn)有的測量設(shè)備 無關(guān)量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以發(fā)現(xiàn)造成系統(tǒng)穩(wěn)定性差、安全密鑰率低的根本原因 在于現(xiàn)有的測量設(shè)備無關(guān)量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)都采用三方通信的方式，即三節(jié)點(diǎn)測量設(shè)備無 關(guān)量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)。
[0005] 圖1為三節(jié)點(diǎn)測量設(shè)備無關(guān)量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)模型，分析可知三節(jié)點(diǎn)測量設(shè)備無 關(guān)量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)具有以下幾個特點(diǎn)：
[0006] 1、系統(tǒng)為單向傳輸，兩個性能相近的獨(dú)立激光器分別放置在Alice端、Bob端， Alice端產(chǎn)生的脈沖與Bob端產(chǎn)生的脈沖干涉。
[0007] 2、系統(tǒng)采用相位編碼或偏振編碼，Alice、Bob分別對各自脈沖隨機(jī)加載相位或調(diào) 制偏振態(tài)，用相位或偏振態(tài)表征信息。
[0008] 3、由于雙折射的影響，從Alice傳輸?shù)紺harlie的脈沖和從Bob傳輸?shù)紺harlie 的脈沖都會發(fā)生偏振變化，需要補(bǔ)償偏振變化。
[0009] 4、由于光源和路徑不同，從Alice傳輸?shù)紺harlie的脈沖和從Bob傳輸?shù)?^1"116 的脈沖初始相位不同，相位漂移也不同，需要校準(zhǔn)相位參考系、補(bǔ)償相位漂移。
[0010] 5、從Alice傳輸?shù)紺harlie的脈沖和從BoM專輸?shù)紺harlie的脈沖時間抖動不同， 較難實(shí)現(xiàn)時間同步。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明為克服上述現(xiàn)有技術(shù)所述的至少一種缺陷（不足），提供一種兩節(jié)點(diǎn)測量 設(shè)備無關(guān)量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)，能夠有效地克服三節(jié)點(diǎn)測量所存在的不足。
[0012] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0013] 一種兩節(jié)點(diǎn)測量設(shè)備無關(guān)量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)，將兩個獨(dú)立激光器和測量裝置 Charlie都放置在同一個節(jié)點(diǎn)上，即將兩個獨(dú)立激光器和測量裝置Charlie均放置在Alice 端或Bob端，形成兩節(jié)點(diǎn)雙向傳輸?shù)牧孔用荑€分發(fā)系統(tǒng)。
[0014] 本發(fā)明的測量設(shè)備無關(guān)量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)是雙向傳輸?shù)?，通過將兩個性能相近的 脈沖激光器放置在同一節(jié)點(diǎn)上，兩個激光器產(chǎn)生的前后脈沖干涉。相同偏振態(tài)的前后脈沖 經(jīng)歷相同環(huán)境、相同路徑后，兩者的偏振變化相同、相位漂移相同、時間抖動相同，可以實(shí)現(xiàn) 相位漂移自補(bǔ)償和時間同步。同時，由于系統(tǒng)雙向傳輸，若在Bob端（Alice端）使用法拉 第反射旋轉(zhuǎn)鏡，則可對往返A(chǔ)lice和Bob之間的前后脈沖實(shí)現(xiàn)偏振自補(bǔ)償，即兩節(jié)點(diǎn)測量設(shè) 備無關(guān)量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)具有偏振自補(bǔ)償、相位自補(bǔ)償、時間同步易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)勢，可以提 尚系統(tǒng)穩(wěn)定性。
[0015] 優(yōu)選的，兩節(jié)點(diǎn)測量設(shè)備無關(guān)量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)包括Alice、Bob、Charlie三部 分，其中Alice主要產(chǎn)生相同偏振態(tài)的前后脈沖并對脈沖的某一分量進(jìn)行相位隨機(jī)編碼、 頻率調(diào)制；Bob主要對脈沖的另一分量進(jìn)行相位隨機(jī)編碼、頻率調(diào)制；Charlie主要使前后 脈沖發(fā)生干涉，記錄測量結(jié)果并將測量結(jié)果通過公共信道分別傳輸給Alice和Bob。
[0016] 優(yōu)選的，所述兩節(jié)點(diǎn)測量設(shè)備無關(guān)量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)采用相位調(diào)制偏振編碼， Alice端相位調(diào)制器對脈沖一個分量隨機(jī)加載相位，Bob端相位調(diào)制器對脈沖另一個分量 隨機(jī)加載相位，其中脈沖分量包括水平分量和垂直分量；用水平分量和垂直分量的相位差 調(diào)制不同偏振態(tài)信號光以實(shí)現(xiàn)編碼。
[0017] 脈沖的水平分量和垂直分量經(jīng)歷相同環(huán)境、相同路徑，兩者的相位漂移相同，脈沖 間隔固定，實(shí)現(xiàn)了相位漂移自補(bǔ)償，消除了時間抖動的影響。采用相位調(diào)制偏振編碼，調(diào)制 脈沖的偏振態(tài)由水平分量和垂直分量的相位差決定，與脈沖的初始相位無關(guān)，不需要校準(zhǔn) 相位參考系，即采用相位調(diào)制偏振編碼的兩節(jié)點(diǎn)測量設(shè)備無關(guān)量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)具有偏振 自補(bǔ)償、相位自補(bǔ)償、相位參考系無需校準(zhǔn)、時間同步易于實(shí)現(xiàn)的四大優(yōu)勢，可以提高系統(tǒng) 穩(wěn)定性。
[0018] 優(yōu)選的，相位調(diào)制器對脈沖分量隨機(jī)加載0、&、V(l、^的電壓，V tl為相位調(diào)制器 2 2 半波電壓。
[0019] 優(yōu)選的，Alice端包括第一脈沖激光器、第二脈沖激光器、時鐘與時延發(fā)生器、第 一光隔離器、第二光隔離器、第一偏振控制器、第二偏振控制器、第三偏振控制器、第四偏振 控制器、第一分束器、第二分束器、四端口偏振分束器、第一偏振無關(guān)相位調(diào)制器、第二偏振 無關(guān)相位調(diào)制器、第三偏振無關(guān)相位調(diào)制器、第一法拉第反射旋轉(zhuǎn)鏡、第二法拉第反射旋轉(zhuǎn) 鏡、第五法拉第反射旋轉(zhuǎn)鏡、第六法拉第反射旋轉(zhuǎn)鏡、第一偏振無關(guān)環(huán)形器、濾波器、第二隨 機(jī)碼發(fā)生器和第二驅(qū)動電路。
[0020] 第一脈沖激光器、第二脈沖激光器分別通過第一光隔離器、第一偏振控制器，第二 光隔離器、第二偏振控制器接入第一分束器的端口 1、2,第一分束器的端口 3與第二分束器 的端口 1連接，第二分束器的端口 2通過第一偏振無關(guān)相位調(diào)制器與第一偏振無關(guān)環(huán)形器 端口 1連接，第二分束器的端口 3接第一法拉第反射旋轉(zhuǎn)鏡，第二分束器的端口 4接第二 法拉第反射旋轉(zhuǎn)鏡，第一偏振無關(guān)環(huán)形器端口 2通過第三偏振控制器接四端口偏振分束器 的端口 1，四端口偏振分束器的端口 4接第五法拉第反射旋轉(zhuǎn)鏡，四端口偏振分束器的端口 3通過長程光纖接Bob端，第一偏振無關(guān)環(huán)形器端口 3通過第四偏振控制器接過濾器，過濾 器接Charlie端；四端口偏振分束器的端口 2通過串接的第二偏振無關(guān)相位調(diào)制器、第三 偏振無關(guān)相位調(diào)制器接第六法拉第反射旋轉(zhuǎn)鏡；時鐘與時延發(fā)生器分時驅(qū)動第一脈沖激光 器、第二脈沖激光器、第二隨機(jī)碼發(fā)生器和第二驅(qū)動電路工作，第二隨機(jī)碼發(fā)生器和第二驅(qū) 動電路分別驅(qū)動第二偏振無關(guān)相位調(diào)制器、第三偏振無關(guān)相位調(diào)制器工作；
[0021] Bob端包括第四分束器、第四偏振無關(guān)相位調(diào)制器、第五偏振無關(guān)相位調(diào)制器、強(qiáng) 度調(diào)制器、第七法拉第反射旋轉(zhuǎn)鏡、第一隨機(jī)碼發(fā)生器、第一驅(qū)動電路、延遲環(huán)、雪崩光電二 極管和時鐘恢復(fù)電路；
[0022] 第四分束器的端口 1通過長程光纖接四端口偏振分束器的端口 3,第四分束器的 端口 3通過延遲環(huán)接強(qiáng)度調(diào)制器，強(qiáng)度調(diào)制器通過串接第四偏振無關(guān)相位調(diào)制器、第五偏 振無關(guān)相位調(diào)制器接第七法拉第反射旋轉(zhuǎn)鏡，第四分束器的端口 4接雪崩光電二極管；雪 崩光電二極管接時鐘恢復(fù)電路的輸入端，時鐘恢復(fù)電路的輸出端分別接強(qiáng)度調(diào)制器、第一 隨機(jī)碼發(fā)生器和第一驅(qū)動電路；第一隨機(jī)碼發(fā)生器和第一驅(qū)動電路分別驅(qū)動第四偏振無關(guān) 相位調(diào)制器和第五偏振無關(guān)相位調(diào)制器工作；
[0023] Charlie端包括第三分束器、第三法拉第反射旋轉(zhuǎn)鏡、第四法拉第反射旋轉(zhuǎn)鏡、第 二偏振無關(guān)環(huán)形器、第一單光子探測器、第二單光子探測器；第二偏振無關(guān)環(huán)形器的端口 1 接過濾器