一种集成芯片

本公开提供一种集成芯片，属于量子通信。

背景技术：

1、目前，量子密钥分发系统中的发射端通常采用离散光学元件来实现量子编码。然而，这种实现方式存在一些挑战。首先，离散光学元件的体积较大，结构复杂，稳定性较差，且制造成本较高。其次，现有的编码芯片通常只能支持单一的量子密钥分发协议，缺乏灵活性和适应性，限制了其在实际应用中的推广。

技术实现思路

1、(一)要解决的技术问题

2、基于上述问题，本公开提供了一种集成芯片，至少部分解决了离散光学元件无法支持多种量子密钥分发协议的问题。

3、(二)技术方案

4、本公开提供了一种集成芯片，包括：第一可调光分路单元，用于接收光信号并对光信号进行分束，输出第一光路信号和第二光路信号；第一协议单元，用于对第一可调光分路单元输出的第一光路信号进行可调节分束、相位调节并输出第三光路信号与第四光路信号；第二协议单元，用于对第一可调光分路单元输出的第二光路信号进行可调节分束、相位调节，输出第五光路信号、第六光路信号与第七光路信号；第二可调光分路单元，用于将第一协议单元输出的第三光路信号进行可调节分束与诱骗态调制并输出第八光路信号与第九光路信号；用于将第二协议单元输出的第五光路信号进行诱骗态调制并输出第十光路信号与第十一光路信号；相位与偏振调制单元，用于对第二协议单元输出的第六光路信号与第七路光路信号进行相位调制与偏振旋转并合束输出第十二光路信号；光强衰减单元，用于接收与衰减第二可调光分路单元输出的第八光路信号并输出；用于接收与衰减第二可调光分路单元输出的第十光路信号并输出；用于接收与衰减相位与偏振调制单元输出的第十二光路信号并输出；其中，通过第一可调光分路单元、第一协议单元、第二协议单元与第二可调光分路单元的集成，兼容不同的量子密钥分发协议。

5、根据本公开的实施例，第一协议单元包括：第三可调光分路单元，用于对第一可调光分路单元输出的第一光路信号进行可调节分束，输出第三光路信号与第四光路信号；第一光相位调制单元，用于对第三可调光分路单元输出的第三光路信号与第四光路信号进行相位调制，并输出第三光路信号与第四光路信号。

6、根据本公开的实施例，第一光相位调制单元包括：级联的热光调制器和载流子耗尽调制器，用于对第三可调光分路单元输出的第四光路信号进行相位调制并输出；光延迟线，用于对第三可调光分路单元输出的第三光路信号进行相位调制并输出。

7、根据本公开的实施例，第二协议单元，包括：第四可调光分路单元，用于对第一可调光分路单元输出的第二光路信号进行可调节分束，输出第五光路信号、第十三光路信号；第二光相位调制单元，用于对第四可调光分路单元输出的第五光路信号进行相位调制并输出；第四可调光分路调制单元，用于对第四可调光分路单元输出的第十三光路信号进行可调节分束，输出第六光路信号与第七光路信号。

8、根据本公开的实施例，第二光相位调制单元包括级联的热光调制器与载流子耗尽调制器。

9、根据本公开的实施例，相位与偏振调制单元包括：第三光相位调制单元，用于对第四可调光分路调制单元输出的第六光路信号与第七光路信号进行相位调制并输出；二维光栅耦合器，用于对第三光相位调制单元输出的第六光路信号与第七光路信号进行偏振调制并合束输出第十二光路信号；二维光栅耦合器俯视图为正方形带周期圆孔结构，包括两个锥形渐变波导。

10、第一可调光分路单元包括：第一光路，包括级联的热光调制器与载流子耗尽调制器，用于传输第一光路信号；第二光路，包括级联的热光调制器与载流子耗尽调制器，用于传输第二光路信号；其中，通过调节施加在第一光路和第二光路上的电压，调节第一光路信号与第二光路信号的强度。

11、根据本公开的实施例，光强衰减单元，包括：第一光衰减器，用于接收与衰减第二可调光分路单元输出的第八光路信号并输出；用于接收与衰减第二可调光分路单元输出的第十光路信号并输出；第二光衰减器，用于接收与衰减相位与偏振调制单元输出的第十二光路信号并输出；其中，第一光衰减器、第二光衰减器为直波导结构，波导为掺杂引线电极的电光调制器结构，衰减范围为0-90db。

12、根据本公开的实施例，第一可调光分路单元，第一协议单元，第二协议单元，第二可调光分路单元，相位与偏振调制单元，光强衰减单元为光波导结构，集成在同一衬底上，衬底为绝缘体上硅材料。

13、根据本公开的实施例，不同的量子密钥分发协议包括bb84相位协议、bb84时间戳-相位协议、差分相移协议及相干态单光路协议以及偏振编码。

14、(三)有益效果

15、本公开通过在同一衬底上集成多种片上单元的方式，使得芯片结构紧凑，高度集成；通过精确控制和调节光学元件的特性，以一种可调节的方式实现光信号的分光、相位调制和光衰减等功能；最后，该芯片满足了多协议量子密钥分发编码与偏振编码的需求，并在实际应用中具备低成本推广的潜力。

技术特征：

1.一种集成芯片，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的集成芯片，其中，所述第一协议单元(2)包括：

3.根据权利要求2所述的集成芯片，其中，所述第一光相位调制单元(220)包括：

4.根据权利要求1所述的集成芯片，其中，所述第二协议单元(3)，包括：

5.根据权利要求4所述的集成芯片，其中，所述第二光相位调制单元(320)包括级联的热光调制器(321)与载流子耗尽调制器(322)。

6.根据权利要求1所述的集成芯片，其中，所述相位与偏振调制单元(5)包括：

7.根据权利要求1所述的集成芯片，其中，所述第一可调光分路单元(1)包括：

8.根据权利要求1所述的集成芯片，其中，所述光强衰减单元(6)，包括：

9.根据权利要求1所述的集成芯片，其中，所述第一可调光分路单元(1)，第一协议单元(2)，第二协议单元(3)，第二可调光分路单元(4)，相位与偏振调制单元(5)，光强衰减单元(6)为光波导结构，集成在同一衬底(100)上，所述衬底为绝缘体上硅材料。

10.根据权利要求1所述的集成芯片，其中，所述不同的量子密钥分发协议包括bb84相位协议、bb84时间戳-相位协议、差分相移协议及相干态单光路协议以及偏振编码。

技术总结
本公开提供了一种集成芯片，该集成芯片包括第一可调光分路单元(1)，第一协议单元(2)，第二协议单元(3)，第二可调光分路单元(4)，相位与偏振调制单元(5)，光强衰减单元(6)，其中，通过第一可调光分路单元(1)、第一协议单元(2)、第二协议单元(3)与第二可调光分路单元(4)的集成，兼容不同的量子密钥分发协议。本公开满足了量子密钥分配中多种协议与偏振编码的编码要求，结构紧凑，集成度高，稳定性好，有利于低成本的部署和广泛的应用。

技术研发人员：张春雪,王玥,张家顺,安俊明
受保护的技术使用者：中国科学院半导体研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15