一种基于时间‑相位编码的即插即用量子密钥分发系统和方法以及发送端和接收端与流程

本发明涉及量子密钥分发领域，特别涉及一种基于时间-相位编码的即插即用量子密钥分发系统。

背景技术：

量子保密通信作为以量子力学、电子信息科学以及计算机技术相结合的新型研究领域，已经备受各界人士的关注。为了保证数据的安全传输，用户间必须保证安全密钥交换。现如今，量子密钥分发已经成为通过公共通道进行绝对安全的密钥分发的有效途径。与传统的经典密码通信的保密原理不同，量子密钥分发利用量子力学的基本原理作为支撑，例如海森堡测不准原理，量子不可克隆定理等，实现无条件安全的随机密钥共享。

许多QKD设备可以工作在自由空间或光纤，平面光波导等传输介质领域。QKD系统包括产生光源，编码解码、探测、数据采集提取、数据后处理等。在光纤QKD系统中，通常采用偏振编码和相位编码两种编码形式。在长距离传输下，相位编码QKD稳定性相比于偏振编码QKD系统稳定性更高，相位编码比偏振编码更具优势。相位编码QKD系统通常采用不等臂马赫曾德干涉仪搭建或采用90度旋转法拉第反射镜的不等臂迈克尔逊干涉仪搭建。

通常在不等臂马赫曾德干涉仪构成的量子信道中，为获得较好的干涉对比度，要求两个马赫曾德干涉仪尽可能对称，这在实际操作中很难达到，故Gisin等人于1997年提出了“即插即用”型实验方案，(文献:Muller A,Herzog T,HuttnerB,etal."plug and play"systems forquantum cryptography[J].Applied physics Letters,1997,70:793-795)。该方案主要采用三个90度旋转法拉第反射镜，脉冲光源经耦合器分成两路，光脉冲在三个90度旋转法拉第反射镜中来回反射，每个光脉冲经过所有光路一次，偏振得到自动补偿，消除光纤双折射影响。该系统的工作频率达1KHZ，当提高工作频率时，误码率也升高。为解决这一难题，获得更高的密钥生成率，Gisin等人又于1998年对“即插即用”型实验方案进行了改进(文献:Ribordy G,Gautier J D,Gisin N,et al.Automated"plug and play″quantum key distribution[J].Electronics Letters，1998，34：2116—2117)。主要采用一个不等臂马赫曾德干涉仪和一个90度旋转法拉第反射镜构成往返式光路。主要应用90度旋转法拉第反射镜将入射光反射回来，其偏振刚好旋转90度，从而克服了远距离传输时光纤的双折射效应带来的偏振漂移。同时90度旋转法拉第反射镜与不等臂马赫曾德干涉仪构成往返式回路，从而实现了相位的自补偿作用。

参见图1，该相位编码量子密钥分发系统，包括相互光连接的发送端(Alice端)和接收端(Bob端)，其中Bob端的所有器件和光纤都是保偏的，Bob端中光源模块的脉冲光源100发射线性偏振的光脉冲，经环形器101进入耦合器107并分成两束水平偏振光脉冲(|H>)，两束光脉冲分别经过不等臂干涉模块中的长臂和短臂，其中经过长臂的光脉冲A经相位调制器106处理后由保偏偏振分束器105反射后以垂直偏振光脉冲(|V>)形式输出，经过短臂的光脉冲B直接以水平偏振光脉冲(|H>)形式由保偏偏振分束器105透射输出。保偏偏振分束器的作用是可以将一路反射端的水平偏振光脉冲(|H>)转到垂直偏振光脉冲(|V>)上传输或者将垂直偏振光脉冲(|V>)转到水平偏振光脉冲(|H>)上传输。

两束光脉冲通过量子信道102到达Alice端的90度旋转法拉第反射镜103，经反射后两束光脉分别偏振方向旋转90度。

光脉冲A经反射后为水平偏振光脉冲(|H>)经保偏偏振分束器105透射进入耦合器107；光脉冲B反射后变为垂直偏振光脉冲(|V>)经过发送端编码模块的相位调制器104处理后，经保偏偏振分束器105反射变为水平偏振光脉冲(|H>)进入耦合器107与反射后的光脉冲A发生干涉；根据干涉信息不同分别到达单光子探测器108和单光子探测器109。

该系统在接收端的测量部分需要加入相位调制器，用来选择X测量基矢或Y测量基矢，所加入的相位调制器会带来额外插入损耗降低成码率，且器件本身还存在固有问题，导致干涉对比度不够高，降低成码率。

中国专利ZL200610170557.5中提出使用基于四端口偏振分束器的一对不等臂的法拉第迈克尔逊干涉仪来实现偏振控制的相位编码、偏振探测的量子密钥分发。上述专利采用发送方和接收方使用一对一一对应的编码解码装置即一对不等臂干涉仪，这就要求通信双方不等臂干涉仪的臂长差(长臂与短臂之差)相等，但是现有工艺以及外界环境影响，很难做到长时间保证两个不等臂马赫曾德干涉仪臂长差相位稳定。

综上所述，现有技术主要存在如下问题：

1.现有不等臂马赫曾德干涉仪的相位编码QKD系统要求通信双方不等臂马赫曾德干涉仪的臂长差(长臂与短臂之差)相等。但是现有工艺以及外界环境影响，很难做到长时间保证两个不等臂马赫曾德干涉仪臂长差相位稳定。

2.现有相位编码系统在接收端的测量部分需要加入相位调制器，带来了额外的衰减，降低了成码率。

3.现有相位编码系统需要产生高速随机电信号主动控制非平衡基矢的选择，从而影响系统的重复频率以及相位的精确调制而降低成码率。

技术实现要素：

本发明提供一种量子密钥分发系统的发送端，发送端中采用改进的时间-相位编码方式提高了成码率，相应的可以简化Bob端解码流程的硬件要求。

一种基于时间-相位编码的即插即用量子密钥分发系统的发送端，包括用于形成反射光路的90度旋转法拉第反射镜以及布置在反射光路上编码模块，所述编码模块包括对光信号进行相应编码处理的Z基矢时间编码模块和相位编码模块，所述相位编码模块为X基矢相位编码模块。

本发明将基于时间-相位编码方式结合在即插即用系统中，用于向编码模块发送控制信号的电路部分可以采用现有硬件构架，在相位编码过程中，仅采用X基矢相位编码，在发送端只用一个相位调制器进行相位编码，在接收端未设置相位调制器，进而降低相位调制器的器件本身带来的插入损耗，不仅如此，同时还能避免因相位调制器的外部硬件控制而造成成码率低的情况，进而在解码时提高成码率。

作为优选，所述X基矢相位编码模块为相位调制器，所述Z基矢时间编码模块为强度调制器。

针对X基矢相位编码以及Z基矢时间编码本身而言可采用现有硬件架构、光学系统和编码流程。

就Z基矢时间编码模块和相位编码模块之间的关系而言，亦采用现有方式，即编码时随机选择基矢，以P的概率选择z基矢时间编码，以1-P的概率选择相位编码。P的取值根据实际应用需要设定，且必须满足0＜P＜1。

作为优选，所述发送端还设有布置在反射光路上用以实施诱骗的反射光强度调制器。

作为优选，所述反射光强度调制器位于90度旋转法拉第反射镜和编码模块之间。即在编码之前利用反射光强度调制器实施诱骗。

反射光强度调制器通过改变光强实现“诱骗态”光信号的发送，能保证单光子成份的效率不被攻击者修改，而单光子成份是量子密钥分发系统中可以提取安全密钥的有效成分。相应的，在接收端的光源所产生的光为弱相干光。所述反射光强度调制器对90度旋转法拉第反射镜反射回的光信号进行强度调制以改变输出的光脉冲中的单光子成份和多光子成份的比例。

反射光路起始自90度旋转法拉第反射镜，反射光强度调制器可在编码之前作用在光信号上，也可以在编码之后作用于编码后的光信号，相位调制器和强度调制器也可依不同顺序布置在反射光路上。

作为优选，所述反射光强度调制器、相位调制器和强度调制器依次布置在反射光路上。

本发明还提供一种基于时间-相位编码的即插即用量子密钥分发系统的接收端，包括用于向发送端发送光信号的光源以及接收探测来自发送端编码光信号的解码模块，所述解码模块包括对光信号进行相应解码处理的Z基矢时间探测模块和相位探测模块，其中相位探测模块为X基矢相位探测模块。

所述Z基矢时间探测模块包括：

用于对发送端编码后光信号进行分束的分束模块；以及

与分束模块第一输出端连接以进行Z基矢时间探测的单光子探测器；

所述相位探测模块连接分束模块的第二输出端。

作为优选，所述分束模块为分束器。

分束器的分束比可以根据需要任意改变。根据单光子脉冲的不可分割的特性，实际上发送端编码后光信号经过分束模块后只会从其中一个输出端口输出(包括第一输出端口和第二输出端口)，即要么从第一输出端输出，要么从第二输出端输出，且由于分束比不同，从不同输出端口输出的概率也不同。

发送端编码后光信号经过分束模块后从不同的输出端口输出后进入相应的探测器，此时进入不同的探测器即说明选择了相应的探测基矢。例如：经过第一输出端口后到达进行Z基矢时间探测的单光子探测器，则意味着选择了Z基矢进行探测，经过第二输出端口后到达相位探测模块中的单光子探测器，则意味着选择了X基矢。

本发明中，分束器应理解为按照光信号传递方向不同，可实现分束或合束的器件，同理，第一输出端、第二输出端是指沿来自发射端的光信号传递方向，若沿接收端至发射端的光信号传递方向，第二输出端也可视为输入端。

分束器为固定分束比的光学元件，无需电信号控制，可以进一步提高成码率，需要改变分束比时，直接更换不同分束比的分束器即可。

作为优选，分束器输出至单光子探测器的光能量与输出至相位探测模块的光能量不相等，例如输出至单光子探测器的光能量大于输出至相位探测模块的光能量。这样实现非平衡基矢解码，有利于提高成码率。

所述相位探测模块包括布置在分束模块与光源之间的不等臂干涉模块以及用于探测不等臂干涉模块输出光信号的探测器模块；其中光源、不等臂干涉模块和探测器模块三者之间通过环形器进行光路径选择。

不等臂干涉模块接收分束模块的另一路输出，而环形器主要用于光路径选择，光源向发送端发送光信号时通过其中一条路径(由光环形器进行路径选择使光源发出的信号光经过不等臂干涉仪后传输给发送端)，而接收探测来自发送端发射的编码后光信号时则通过另一条路径(由光环形器进行路径选择使接收端返回的信号光经过不等臂干涉仪后传输给探测器模块)。

所述不等臂干涉模块为不等臂马赫曾德干涉仪或基于迈克尔逊原理的不等臂干涉仪。

作为可选方案，探测器模块中的单光子探测器为两个，分别探测来自不等臂干涉模块的两种不同干涉结果。

作为优选，探测器模块中的单光子探测器为一个，来自不等臂干涉模块的两种不同干涉结果通过相应的光路元件复用至该同一个单光子探测器。

作为解码模块，其中不等臂干涉模块所输出的光信号在没有特殊说明前提下，应理解为接收来自发送端发射的编码后光信号后，向单光子探测器所输出的光信号。

作为进一步的优选，所述解码模块中的单光子探测器为一个，所述分束模块的第一输出端的输出，以及不等臂干涉模块所输出的两种不同干涉结果通过相应的光路元件均耦合至该同一个单光子探测器。整个解码模块只有一个单光子探测器，进一步降低了硬件开销。

所述不等臂干涉模块采用不等臂马赫曾德干涉仪时：

作为一种可选方案，所述不等臂干涉模块中，长、短臂两端分别通过靠近环形器一侧的分束器和远离环形器一侧的偏振分束器耦合，在长臂上设有90度偏振旋转器和延时线。

作为另一种可选方案，所述不等臂干涉模块中，长、短臂两端分别通过相应的分束器耦合，在长臂上仅设有延时线。即省略了90度偏振旋转器。

探测器模块中的两单光子探测器分别为第一单光子探测器和第二单光子探测器，靠近环形器一侧的分束器中，其中一输出端通过第一探测支路接第一单光子探测器，另一输出端接环形器在通过第二探测支路接入第二单光子探测器，环形器的另一接口接光源。

当探测器模块采用一个单光子探测器时，第一探测支路和第二探测支路的输出耦合后进入同一单光子探测器。

例如第一探测支路经一延时线后通过保偏偏振分束器(或分束器)耦合入第二探测支路，第一探测支路和第二探测支路耦合后进入同一单光子探测器。同理，延时线也可以设置在第二探测支路，或者两个探测支路都设置，只要在到达探测器的时间上可以分辨即可。

当整个解码模块采用一个单光子探测器时，所述分束模块的第一输出端连接第三探测支路，第一探测支路和第二探测支路耦合后再经一分束器与第三探测支路进行耦合，三条探测支路进入同一单光子探测器。

所述基于迈克尔逊原理的不等臂干涉仪，包括第一90度旋转法拉第反射镜、第二90度旋转法拉第反射镜、偏振分束器、延时线和半波片；且半波片的快轴或慢轴方向与偏振分束器的两个偏振基中的任一偏振基成22.5度或-22.5度角；

其中来自发射端的反射光路中，一路经偏振分束器透射至第一90度旋转法拉第反射镜，另一路经偏振分束器反射通过延时线至第二90度旋转法拉第反射镜，来自第一90度旋转法拉第反射镜和第二90度旋转法拉第反射镜的反射光经偏振分束器耦合后通过环形器经半波片进入探测器模块，环形器的另一接口接光源。

此方案中，探测器模块包括一偏振分束器和两单光子探测器，半波片的输出经偏振分束器后分为两路分别进入相应的单光子探测器。

本发明还提供一种基于时间-相位编码的即插即用量子密钥分发系统，包括相互光连接的发送端和接收端，发送端中的编码模块包括对光信号进行相应编码处理的Z基矢时间编码模块和相位编码模块，其中相位编码模块为X基矢相位编码模块；接收端中的解码模块与所述编码模块相适应。

本发明即插即用量子密钥分发系统中，关于发送端和接收端的进一步改进均可按照本发明提供的发送端和接收端。

本发明还提供一种基于时间-相位编码的即插即用量子密钥分发方法，包括在发送端接收并反射来自接收端的光信号后，进行Z基矢时间编码或相位编码，再发送至接收端进行解码和探测，所述其中相位编码为X基矢相位编码；接收端解码方式与发送端的编码方式相适应。

本发明即插即用量子密钥分发系统采用不等臂干涉仪和一个90度旋转法拉第反射镜构成往反式回路，其干涉原理与Sagnac环类似。可以实现长时间保证不等臂干涉仪臂长差相位稳定。两个光脉冲在发送和接收方之间传输一个来回，每个光脉冲经过所有光路一次，达到自补偿效果。这样系统结构更加简单，成码率更高。

现有相位编码系统在接收端的测量部分需要加入相位调制器，用来选择X或Y测量基矢，所加入的相位调制器会带来额外插入损耗降低成码率。本发明在接收端不需要加相位调制器。采用的时间-相位编码以Z基矢和X基矢作为测量基矢，Z基矢时间编码主要通过强度调制器随机的对两个光脉冲的强度进行调制(将其中一个光脉冲的光强调制接近于0的真空态，从而实现随机产生只有第一个光脉冲或者只有第二个光脉冲，进而实现Z基矢时间编码)，X基矢编码通过相位调制器实现。

现有相位编码系统需要使用信号发生器产生高速随机电信号主动控制非平衡基矢的选择，成本较高，且由于器件本身性能限制了系统相位的精确调制，从而降低成码率。本发明可以根据需要改变反射光进入Z基矢时间探测模块分束比例，无需主动调制即可实现测量端的被动非平衡基矢的高效QKD方案。

针对干涉对比度不够高，本发明选用Z基矢时间编码可以实现超高对比度的编解码，从而提高成码率。

附图说明

图1为现有技术即插即用量子密钥分发系统的原理示意图；

图2为实施例1的即插即用量子密钥分发系统的原理示意图；

图3为实施例2的原理示意图；

图4为实施例3的原理示意图；

图5为实施例4的原理示意图；

图6为实施例5的原理示意图。

具体实施方式

参见图2，本发明即插即用量子密钥分发系统，包括光连接的Alice端和Bob端，Alice端和Bob端之间为量子信道，其传输形式可以为光纤、自由空间、平面光波导等。

Alice端包括：90度旋转法拉第反射镜9和编码模块，编码模块沿反射光方向依次为作为X基矢相位编码模块的相位调制器8，以及作为Z基矢时间编码模块的强度调制器7，编码时随机采用X基矢相位编码或Z基矢时间编码。

Bob端包括光源模块和解码模块，其中解码模块中包括Z基矢时间探测模块和X基矢探测模块。

本实施例光源模块采用脉冲光源1，是理想单光子源或结合诱骗态的弱相干光源，Z基矢时间探测模块包括分束模块和单光子探测器12。

本实施例中分束模块可以采用实现分束/合路功能的器件，作为优选采用分束器6，其分束比可以根据需要任意选择，为提高成码率，进入单光子探测器12的光能量应大于或小于进入X基矢探测模块的光能量。

分束器6为固定分束比的光学元件，无需电信号控制，可以进一步提高成码率，需要改变分束比时，直接更换不同分束比的分束器即可。

X基矢探测模块包括不等臂干涉模块、环形器2以及单光子探测器10(第二单光子探测器)和单光子探测器11(第一单光子探测器)。其中不等臂干涉模块可以是不等臂马赫曾德干涉仪，也可以是迈克尔逊干涉仪。本实施例采用不等臂马赫曾德干涉仪，主要由分束器3、90度偏振旋转器4、延时线、偏振分束器5构成。

偏振分束器5可以用分束器代替，但此时需要去掉90度偏振旋转器4，替换后干涉效率将降低一半。

本实施例量子密钥分发系统工作时，脉冲光源1发送线性偏振的光脉冲经过环形器2输入到分束器3。

分束器3输出的其中一路光脉冲通过不等臂干涉模块的长臂，经过90度偏振旋转器4将其偏振态旋转90度后输入偏振分束器5，经过偏振分束器5反射后只有垂直偏振光脉冲(即|V>光)输出。分束器3输出的另一路光脉冲通过不等臂干涉模块的短臂，直接进入输入到偏振分束器5，经过偏振分束器5透射后只有水平偏振光脉冲(即|H>光)输出。

两束光脉冲分别经过偏振分束器5的反射和透射后合成一路偏振相互垂直的光脉冲，再依次通过分束器6和量子信道13，到达Alice端，并依次经过强度调制器7、相位调制器8到达90度旋转法拉第反射镜9，在此期间强度调制器7和相位调制器8不起作用。经过90度旋转法拉第反射镜9作用后，原水平偏振光脉冲(|H>)变成垂直偏振光脉冲(|V〉)，原垂直偏振光脉冲(|V>)变成水平偏振光(|H>)。原路返回到达编码模块进行编码，编码时随机选择基矢，以P的概率选择z基矢时间编码，以1-P的概率选择x基矢相位编码。

选择z基矢时间编码时，强度调制器7随机的对两个光脉冲进行强度调制，将其中一个光脉冲的光强调制接近于零的真空态，从而实现Z基矢时间编码。

选择x基矢相位编码时，相位调制器8对两个光脉冲中的一个进行相位调制使两个光脉冲的有效相位差0或pi，即进行X基矢相位编码，编码后通过量子信道13返回Bob端。

光脉冲经过分束器6后，分束器6第一输出端接单光子探测器12，第二输出端接偏振分束器5。

选择进行Z基矢探测时，通过与第一输出端连接的单光子探测器12进行探测。

选择进行X基矢探测时，偏振相互垂直的两束光脉冲经偏振分束器5的反射和透射分别走不等臂干涉模块的长臂和短臂，其中：

垂直偏振光脉冲(|V〉)经过90度偏振旋转器4后变成水平偏振光脉冲(|H>)并输入分束器3，水平偏振光脉冲(|H>)则直接输入分束器3。

两路光脉冲在分束器3处发生干涉，如果干涉前相位差为0则光经过环形器2至单光子探测器10(第二单光子探测器)，如果干涉前相位差为pi则到达单光子探测器11(第一单光子探测器)，从而实现了X基矢下探测。

Z基矢下探测是接收光脉冲到达时间转化成比特值，X基矢下探测是根据相位差不用到达不同的探测器转化成比特值，生成比特值后通过经典信道进行基矢比对，纠错，隐私放大等后处理过程最终生成量子密钥。

实施例2

本实施例中，与实施例1的不同之处在于偏振分束器5用分束器5a代替，同时省去了90度偏振旋转器，长臂部分原延时线4a保留，改动部分参见图3。

实施例3

本实施例中，与实施例1的不同之处在于不等臂干涉模块以及相关的单光子探测器，本实施例中将不等臂MZ干涉仪改为基于迈克尔逊原理的不等臂干涉仪实现，相应的对单光子探测器进行了适应性改进。

参见图4，脉冲光源1发出线性偏振光脉冲经过环形器2后到达偏振分束器15，其透射水平偏振光脉冲(|H>)，反射垂直偏振光脉冲(|V>)。

水平偏振光脉冲(|H>)走长臂，经延时线4a延时后经90度旋转法拉第反射镜16(第二90度旋转法拉第反射镜)反射，水平偏振光脉冲(|H>)变成垂直偏振光脉冲(|V>)经偏振分束器15反射输出。到达Alice端经90度旋转法拉第反射镜后，垂直偏振光脉冲(|V>)变为水平偏振光脉冲(|H>)再次经偏振分束器15透射走短臂到达90度旋转法拉第反射镜17(第一90度旋转法拉第反射镜)，经反射，偏振态变为垂直偏振光脉冲(|V>)经偏振分束器15反射输出到环形器2。

同理反射垂直偏振光脉冲(|V>)走短臂经90度旋转法拉第反射镜17反射，偏振态变为水平偏振光脉冲(|H>)经偏振分束器15透射输出到达Alice端，经90度旋转法拉第反射镜后水平偏振光脉冲(H>)变为垂直偏振光脉冲(|V〉)，经偏振分束器15反射而走长臂到达90度旋转法拉第反射镜16，经反射偏振态变为水平偏振光脉冲(|H〉)经偏振分束器15透射输出到环形器2。

两束偏振相互垂直的光脉冲合成一路经环形器到达半波片18，此时半波片的快轴或慢轴方向与偏振分束器15的两个偏振基中的任一偏振基成22.5度或-22.5度角，等效的使偏振分束器19从H/V基矢下的投影测量变为在+45°/-45°基矢下的投影测量。光脉冲到达偏振分束器19发生干涉根据相位调制器所调相位差不同，不同偏振态到达不同单光子探测器。若相位差为0，水平偏振光脉冲(|H〉)到达单光子探测器20，相位差为pi，垂直偏振光脉冲(|V>)到达单光子探测器21。

实施例4

参见图5，本实施例中，与实施例1的不同之处在于对于X基矢探测模块进行改进，将X基矢探测模块中的两个单光子探测器用同一个单光子探测器代替，这样将降低成本。

在Bob端，两束偏振相同的反射光脉冲在分束器上发生干涉时，由于Alice端相位调制器已经完成X基矢相位编码，因此使两个反射光脉冲的有效相位差为0或pi。

若相位差为0则走短臂经环形器2到达保偏偏振分束器14(或采用分束器)经透射输出至单光子探测器22。

若相位差为pi则走长臂经过延时线4b延时后，到达保偏偏振分束器14(或采用分束器)经反射输出至单光子探测器22。

本实施例改进方案采用两个时刻来区分不同相位差到达单光子探测器22。在单光子探测器22的前面加一个同步时间信号，探测到达时间，若无延时则相位差为0到达单光子探测器22，若有延时则相位差为pi到达单光子探测器22。本实施例改进方案也可与实施例2、3相结合，其中与实施例2相结合时保偏偏振分束器14替换为分束器。其中与实施例3相结合时保偏偏振分束器14替换为偏振分束器.

实施例5

参见图6，本实施例中，与实施例4的不同之处在于对于解码模块进行改进，将所有单光子探测器用同一个单光子探测器代替，这样将进一步降低成本。

在Bob端的解码模块中，来自Alice端的经过z基矢时间编码的光脉冲经分束器6反射走长臂经延时线4c延时后到达分束器23，经反射输出至单光子探测器22。

来自Alice端的经过X基矢相位编码的两束光脉冲，经过不等臂干涉仪后，两束偏振态相同的光脉冲发生干涉，若相位差为0则走短臂经环形器2到达保偏偏振分束器14(或采用分束器)，经透射输出至分束器23到达单光子探测器22。

若相位差为pi则走长臂经过延时线4b延时后到达保偏偏振分束器14(或采用分束器)经反射输出至分束器23到达单光子探测器22。

本实施例改进方案采用四个时刻来区分(经时间编码的信号光分两个时刻前后到达以进行区分，经过相位编码的信号光也分两个时刻前后到达以进行区分)不同基矢下的探测，本实施例改进方案也可与实施例2、3相结合，其中与实施例2相结合时保偏偏振分束器14替换为分束器。其中与实施例3相结合时保偏偏振分束器14替换为偏振分束器.

实施例6

本实施例中，与实施例1的不同之处在于Alice端除了强度调制器7之外，90度旋转法拉第反射镜9和相位调制器8之间加设用于实现“诱骗态”光源输出的另一反射光强度调制器，该反射光强度调制器可随机对90度旋转法拉第反射镜9反射回的光信号进行强度调制以随机改变输出光信号中的单光子成分和多光子成份的比例。

诱骗态协议的思想是基于PNS攻击中攻击者对单光子和多光子的通过效率不一样的考虑。为了发现攻击者攻击，Alice端随机发送不同光强的光源，其中多光子和单光子成份比例不一样，攻击者由于不能区分Alice方采用哪种强度的光源，于是不能对多光子的通过效率进行适应调节，从而不能同时保证不同光源到达Bob端的统计结果都保持不变。相比而言，攻击者只能保证单强度的光源到达Bob的统计结果。于是，通过提供“诱骗态”光源的方法可以保证单光子成份的效率不被攻击者修改，而单光子成份是量子密钥分发系统中可以提取安全密钥的有效成分。

本实施例改进方案也可与实施例2～5相结合，相应的脉冲光源(激光器)所发的光为弱相干光。

实施例7

本实施例中，与实施例1的不同之处在于Alice端和Bob端之间采用光纤通信，此时可以去掉90度偏振旋转器4，而实施例1的分束器3和偏振分束器5分别换为保偏分束器和保偏偏振分束器，其中保偏分束器和保偏偏振分束器所用的尾纤是保偏光纤。相应环形器2为保偏环形器，以及其尾纤为保偏光纤。作为优选，本实施例脉冲光源发送水平偏振的光脉冲。

本实施例改进方案也可与实施例4、5相结合。