衰减器50调节幅度，最终，第三电衰减器44与第四电衰减器50的输出通过第六合束器51合在一起加载到相位调制器9的控制端，实现对信号光的调制。这时双方调制信号光产生的+/-2.6GHz、+/-6.0GHz的边带会发生干涉，干涉结果由双方的相位差决定。输出光首先进入第一环形器10，第一光栅11选择主峰信号透过进入第一单光子探测器12，主峰信号作为强参考光防止窃听，监视参考光用于提高系统的安全性；其它频率的光则被反射，由第一环形器10输出进入第二环形器13，第二光栅14只选择+2.6GHz边带透过，第二单光子探测器15测量干涉结果；其它频率的光则被反射，由第二环形器13输出进入第三环形器16，第三光栅17只选择+6.0GHz边带透过，第三单光子探测器18探测干涉结果；第二 FPGA 38同时采集第一单光子探测器12，第二单光子探测器15，第三单光子探测器18的输出信号。
[0042]整个系统工作于B92协议，接收方探测+2.6GHz、+6.0GHz的边带用于生成密钥，监视主峰光作为参考光保证安全性。双方提前约定调制相位0°、270°记为比特1;90°、180°记为比特O。Bob端测到光子即可成码。对于+2.6GHz边带的某一次探测结果，当Bob端对应单光子探测器测到光子时，通知Alice保留此比特，如果接收方利用180° (270° )相位进行解调，则Alice端调制相位必定为90° (0° )，之后双方按照约定将相位信息转化为比特信息，即可建立共同的密钥。本系统基于载波调制使得多边带同时分发密钥，不同用户可以利用不同的边带进行量子保密通信，成码效率成倍提高。
[0043]整个系统工作速率为2.5MHz，双方基于光同步实现时钟对准，除去25km光纤6为单模光纤外，其它光纤均为保偏光纤用于保持偏振稳定。信号光激光器1、第一强度调制器2、第二强度调制器3、相位调制器9、第一光栅11、第二光栅14和第三光栅17均放置于外部高精度温控箱中用于改善温度稳定性。第一单光子探测器12、第二单光子探测器15、第三单光子探测器18都工作于门控模式(2.5MHz触发速率)。由于不同光栅、环形器、单光子探测器的损耗不同，最终两个边带的成码效率不同。系统测试结果为:+2.6GHz边带的筛选码率约为4.4kbit/s，误码率约为4% ；+6.0GHz边带的筛选码率约为1.2kbit/s，误码率约为
7.8%。
[0044]最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照本发明实施例进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明的技术方案的精神和范围，其均应涵盖本发明的权利要求保护范围中。
【主权项】
1.一种双边带干涉的相位编码量子密钥分发系统，包括发送方和接收方，其特征在于:包括第一 FPGA (23)，所述第一 FPGA (23)的一输出端与DG645 (24)外触发端口连接，所述DG645 (24)的输出端口与第一强度调制器(2)的控制端连接，所述第一强度调制器(2)的输入端与信号光激光器(I)的输出端连接； 所述第一 FPGA (23)的二输出端与第一开关(26)的控制端连接，所述第一开关(26)的输入端与第一射频信号源(25)的输出端连接，所述第一开关(26)的两输出端分别与第一移相器(27)的输入端和第二移相器(28)的输入端连接，第一移相器(27)的输出端和第二移相器(28)的输出端通过第一合束器(29)合在一起后与第一电衰减器(30)连接； 所述第一 FPGA (23)的三输出端与第二开关(32)的控制端连接，所述第二开关(32)的输入端与第二射频信号源(31)的输出端连接，所述第二开关(32)的两输出端分别与第三移相器(33)的输入端和第四移相器(34)的输入端连接，第三移相器(33)的输出端和第四移相器(34)的输出端通过第二合束器(35)合在一起后与第二电衰减器(36)连接； 第一电衰减器(30 )的输出端和第二电衰减器(36 )的输出端通过第三合束器(37 )连接到第二强度调制器(3)的控制端；所述第二强度调制器(3)的输入端与第一强度调制器(2)的输出端连接，所述第二强度调制器(3)的输出端与光衰减器(4)的输入端连接； 所述第一 FPGA (23)的四输出端与第三强度调制器(20)的控制端连接；第三强度调制器(20)的输入端与同步激光器(19)的输出端连接；所述光衰减器(4)的输出端和第三强度调制器(20)的输出端与第一波分复用器(5)的两输入端分别连接，所述第一波分复用器(5)的输出端与光纤(6)的输入端连接； 光纤(6)的输出端与第二波分复用器(7)的输入端连接，所述第二波分复用器(7)的一输出端与偏振控制器(8)的输入端连接；所述第二波分复用器(7)的二输出端与光电探测器(21)的输入端连接，所述光电探测器(21)的输出端与放大器(22)的输入端连接，所述放大器(22)的输出端与第二 FPGA (38)的一输入端、第一单光子探测器(12)的触发端、第二单光子探测器(15)的触发端和第三单光子探测器(18)的触发端分别连接； 所述偏振控制器(8)的输出端与相位调制器(9)的输入端连接，所述相位调制器(9)的输出端与第一环形器(10)的一号端口连接，所述第一环形器(10)的二号端口与第一光栅(11)的输入端连接，所述第一光栅(11)的输出端与第一单光子探测器(12)的输入端连接；所述第一环形器(10)的三号端口与第二环形器(13)的一号端口连接，所述第二环形器(13)的二号端口与第二光栅(14)的输入端连接，所述第二光栅(14)的输出端与第二单光子探测器(15)的输入端连接；所述第二环形器(13)的三号端口与第三环形器(16)的一号端口连接，所述第三环形器(16)的二号端口与第三光栅(17)的输入端连接，所述第三光栅(17)的输出端与第三单光子探测器(18)的输入端连接； 第一单光子探测器(12)的输出端、第二单光子探测器(15)的输出端、第三单光子探测器(18)的输出端分别与第二 FPGA (38)的二输入端、三输入端、四输入端连接； 所述第二 FPGA (38)的一输出端与第三开关(40)的控制端连接，所述第三开关(40)的输入端与第三射频信号源(39)的输出端连接，所述第三开关(40)的两输出端分别与第五移相器(41)的输入端、第六移相器(42)的输入端连接，第五移相器(41)的输出端和第六移相器(42)的输出端通过第四合束器(43)合在一起后与第三电衰减器(44)连接； 所述第二 FPGA (38)的二输出端与第四开关(46)的控制端连接，所述第四开关(46)的输入端与第四射频信号源(45)的输出端连接，所述第四开关(46)的两输出端分别与第七移相器(47)的输入端、第八移相器(48)的输入端连接，第七移相器(47)的输出端和第八移相器(48)的输出端通过第五合束器(49)合在一起后与第四电衰减器(50)连接； 第三电衰减器(44 )的输出端和第四电衰减器(50 )的输出端通过第六合束器(51)连接到相位调制器(9)的控制端。
2.一种双边带干涉的相位编码量子密钥分发方法，其特征在于:包括如下步骤: 发送方激光器发出单频脉冲光，利用调制器加载具有多个相位独立的射频调制信号，产生对应正负一阶调制边带，由数字移相器控制射频信号的相位实现单光子的相位编码，调节边带光强达到单光子量级，之后经过光纤传输后到达接收方； 接收方利用调制器加载同频的相位独立的射频调制信号，产生对应的正负一阶调制边带，由数字移相器控制射频信号的相位实现单光子的相位编码，相应的边带发生干涉，利用窄带可调谐光栅选择边带并用单光子探测器分别进行探测，测到光子时通信双方把对应的相位信息按照约定转化为比特信息，即可共享安全密钥。
【专利摘要】本发明涉及单光子量子密钥分发技术，具体是一种利用通信双方对单光子加载调制相位的差异，实现单光子的干涉，从而进行量子密钥分发的系统及方法。发送方对单频激光进行调制，产生对应的调制边带，调节边带光强到单光子量级，之后经过光纤传输后到达接收方，接收方进行同频解调，也产生对应的调制边带，边带干涉结果由双方的相位差决定，利用光栅和单光子探测器测量干涉结果，从而通信双方可以共享安全密钥。这种装置可以基于载波调制使得多边带同时分发密钥，不同用户可以利用不同的边带进行保密通信。解决了传统相位调制系统使用效率低的问题，尤其适用于短距离的城域网络，提高了光纤网络的使用效率。
【IPC分类】H04L1-00, H04L9-08, H04B10-548
【公开号】CN104767609
【申请号】CN201510198030
【发明人】于波, 景明勇, 胡建勇, 张国峰, 肖连团, 贾锁堂
【申请人】山西大学
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2015年4月23日