时间相位量子密钥分配系统发射端编码模块的制作方法

本实用新型属于量子密码通信技术领域，具体涉及一种时间相位量子密钥分配系统发射端编码模块。

背景技术：

量子密钥分配技术结合了量子物理原理和现代通信技术。量子密钥分配藉由物理原理保障异地密钥协商过程和结果的安全性，与“一次一密”加密技术结合，可以实现不依赖算法复杂度的保密通信。

目前，量子密码技术主要以光量子作为实现载体，通过自由空间或光纤信道进行分配。量子密钥分配设备依据不同的量子密钥分发协议的要求，利用各种光调制设备将经典随机比特加载到光量子的偏振、相位、时间等物理量之上来进行传输，从而实现量子密钥的分配。

在众多量子密钥分配协议中，BB84协议是提出最早，安全性证明作为完善，并且结合诱骗态Decoy方法，弥补了由于弱想干态光源引起的光子数分离(PNS)攻击的漏洞，使得它成为了实用化程度最为广泛的量子密钥分配协议。该协议要求，通信双方Alice和Bob在通信过程中从两个相互非正交基中进行选择，并根据相应的测量结果来对量子态进行编码和解码过程，这两个非正交基分别称为X基和Z基。并且他们只保留当选基情况相同时的测量结果作为他们的筛后密钥，随后经过后处理过程得到量子密钥。

诱骗态Decoy方法是一种用于抵御光子数分离攻击的一种方法，它要求Alice必须按照一定比例制备每脉冲平均光子数各不相同的量子态，从而利用Bob端的测量结果，可以估计出在量子密钥分配过程中单光子部分的密钥生成率，从而保证在后处理中可以有效压缩窃听者的信息量，从而保证系统安全。

时间相位BB84协议是BB84协议的一种，在该协议中X基和Z基分别为相位基和时间基。典型的时间相位BB84协议要求Alice制备4种状态，分别是X基中的态和态以及Z基中的态|0＞和态|1＞。其中X基中的态和一般相位编码BB84系统相同，即两个相邻时间戳上的光脉冲相位相差0或π时的状态，而Z基中两个状态则分别表示光脉冲只存在于靠前的时间戳或靠后的时间戳上的状态。此外，存在一种三态的时间相位BB84协议，在该协议中，只要求Alice在X基中只制备其中一种状态用于安全性检测，Z基不变，用于密钥生成。

因此目前急需一种时间相位编码模块，使Alice能制备出三态和四态。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足提供一种时间相位量子密钥分配系统发射端编码模块，本时间相位量子密钥分配系统发射端编码模块可以制备出Z基中的态|0＞和态|1＞、X基中的态和态实现三态和四态的制备，且结构简单，成本低。

为实现上述技术目的，本实用新型采取的技术方案为：

一种时间相位量子密钥分配系统发射端编码模块，包括强度调制器、合束器、第一调相模块和光纤延迟线，所述强度调制器有两个输出端口，所述强度调制器的两个输出端口分别通过两个光纤臂与合束器连接，两个光纤臂中的其中一根光纤臂设有光纤延迟线，所述第一调相模块设置在两个光纤臂中任一光纤臂上。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，还包括第二调相模块，所述第一调相模块设置在设有光纤延迟线的光纤臂上，所述第二调相模块设置在未设有光纤延迟线的光纤臂上。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述的合束器采用偏振合束器或光纤合束器。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述的强度调制器为1×2的强度调制器或2×2的强度调制器。

本实用新型的有益效果为：本实用新型结构简单，成本低，通过强度调制器控制光脉冲能量所走的路径，光纤延迟线可以使两个光纤臂的长度存在差别，使得合束器处输出的脉冲存在于两个时间点上，从而制备出Z基的态|0＞和态|1＞。第一调相模块或第二调相模块负责对光脉冲进行相位调制，从而制备出X基中的态和态因此本实用新型可以更好实现三态和四态的制备，满足时间相位量子密钥分配系统的要求。

附图说明

图1为本实用新型编码模块的第一种结构示意图。

图2为本实用新型编码模块的第二种结构示意图。

图3为本实用新型编码模块的第三种结构示意图。

图4为本实用新型编码模块的第四种结构示意图。

图5为本实用新型编码模块的第五种结构示意图。

图6为本实用新型编码模块的第六种结构示意图。

图7为本实用新型相位编码BB84系统的结构示意图。

具体实施方式

下面根据图1至图7对本实用新型的具体实施方式作出进一步说明：

一种时间相位量子密钥分配系统发射端编码模块，包括强度调制器、合束器、第一调相模块和光纤延迟线，所述强度调制器有两个输出端口，分别为输出端口1和输出端口2，所述强度调制器的两个输出端口分别通过两个光纤臂与合束器连接，两个光纤臂中的其中一根光纤臂设有光纤延迟线，所述第一调相模块设置在两个光纤臂中任一光纤臂上。

参见图1，第一调相模块与光纤延迟线设置在不同的光纤臂上，合束器采用偏振合束器，强度调制器为1×2的强度调制器，1×2的强度调制器的输入端口接收光脉冲，1×2的强度调制器用来控制该光脉冲能量所走的路径，也可以用2×2的强度调制器代替，并由强度调制器的输出端口1和输出端口2输出，输出端口1输出光脉冲经光纤臂上的光纤延迟线到达偏振合束器，输出端口2输出光脉冲经另一光纤臂上的第一调相模块到达偏振合束器。光纤延迟线的作用在于使输出端口1和输出端口2对应的光纤长度有固定差别，使得偏振合束器处输出的脉冲存在于两个时间点上。第一调相模块负责对光脉冲进行调制。

参见图2，第一调相模块与光纤延迟线也可以设置在同一个光纤臂上，合束器采用偏振合束器，强度调制器为1×2的强度调制器，也可用2×2的强度调制器代替，1×2的强度调制器的输入端口用于接收光脉冲，并由强度调制器的输出端口1和输出端口2输出，输出端口1输出光脉冲经光纤臂上的光纤延迟线和第一调相模块到达偏振合束器，输出端口2输出光脉冲经另一光纤臂到达偏振合束器。

参见图3，图3中编码模块还包括第二调相模块，所述第一调相模块设置在设有光纤延迟线的光纤臂上，所述第二调相模块设置在未设有光纤延迟线的光纤臂上。强度调制器的输入端口用于接收光脉冲，并由强度调制器的输出端口1和输出端口2输出，输出端口1输出光脉冲经光纤臂上的光纤延迟线和第一调相模块到达偏振合束器，输出端口2输出光脉冲经另一光纤臂上的第二调相模块到达偏振合束器。

参见图4至图6，合束器采用光纤合束器，图4与图1的结构相似，图5与图2的结构相似，图6与图3的结构类似，区别点仅仅在于将偏振合束器用光纤合束器代替，工作原理一致，其它结构描述与图1至图3中实例相同。

图1至图6中所述的光纤臂均为保偏光纤。

以图1或图4为例，结合图7中的相位编码BB84系统来说明一种时间相位量子密钥分配系统发射端编码模块(简称时间相位编码模块)的态制备方法，包括：

在发射端，脉冲激光进入时间相位编码模块内的强度调制器的输入端口，通过强度调制器使得所有的光能量从强度调制器的输出端口1或输出端口2出射，经合束器合束后输出，成为分别位于前后两个时间点上的脉冲，分别代表Z基的态|0＞和态|1＞；

光脉冲进入强度调制器的输入端口，通过强度调制器使得所有的光能量从强度调制器的输出端口1和输出端口2均分输出；此时对于典型的时间相位系统，通过调节第一调相模块，使两个光纤臂上的对应脉冲相位偏差分别为0度和180度，相位偏差为0度的两个脉冲经合束器合束后输出，代表X基中的态相位偏差为180度的两个脉冲经合束器合束后输出，代表X基中的态对于三态时间相位协议来说，第一调相模块的作用在于保持两个光纤臂之间的相位偏差分别为0度，以制备出X基中的态

制备好的脉冲经过强度调制模块进行诱骗态处理后，再经过强衰减衰减到单光子量级，随后经过信道将制备完成后的量子态发送给接收端，如图7所示。随后接收端在测量后，经过后处理过程最终完成密钥的分配。图2、图3、图5和图6的态制备方法同理上述态制备方法。

本实用新型的保护范围包括但不限于以上实施方式，本实用新型的保护范围以权利要求书为准，任何对本技术做出的本领域的技术人员容易想到的替换、变形、改进均落入本实用新型的保护范围。