[发明专利]基于偏振正交旋转的直流调制量子密钥分发相位解码方法、装置及系统

说明书

一种基于偏振正交旋转的直流调制量子密钥分发相位解码方法、装置及包括该装置的系统。该方法包括：将入射的任意偏振态的一路输入光脉冲分束为两路光脉冲以及分别对这两路光脉冲进行相位解码。对每一路光脉冲进行相位解码包括：将该路光脉冲分束为两路子光脉冲；以及分别在两条子光路上传输这两路子光脉冲并将其合束输出，在两条子光路中的至少一条子光路中包含至少一个偏振正交旋转装置，并且控制该路光脉冲的两个正交偏振态各自在分束至合束的过程中经两条子光路传输的相位差相差2π的整数倍，并对任一路光脉冲分束得到的两路子光脉冲中之一进行直流相位调制。本发明的解码方案能够抗偏振诱导衰落，适用于存在环境干扰的高速量子密钥分发系统。

技术领域

本发明涉及光传输保密通信技术领域，尤其涉及一种基于偏振正交旋转的直流调制量子密钥分发相位解码方法、装置及包括该装置的量子密钥分发系统。

背景技术

量子保密通信技术是量子物理与信息科学相结合的前沿热点领域。基于量子密钥分发技术和一次一密密码原理，量子保密通信可在公开信道实现信息的安全传输。量子密钥分发基于量子力学海森堡不确定关系、量子不可克隆定理等物理原理，能够实现在用户之间安全地共享密钥，并可以检测到潜在的窃听行为，可应用于国防、政务、金融、电力等高安全信息传输需求的领域。

目前，量子密钥分发的编码方案主要采用偏振编码和相位编码。地面量子密钥分发主要基于光纤信道传输，而光纤制作存在截面非圆对称、纤芯折射率沿径向不均匀分布等非理想情况，并且光纤在实际环境中受温度、应变、弯曲等影响，会产生随机双折射效应。采用偏振编码时，受光纤随机双折射的影响，偏振编码的量子态经长距离光纤传输后到达接收端时，光脉冲偏振态会发生随机变化，造成误码率升高，导致需要增加纠偏设备，增加了系统复杂度和成本，且对于架空光缆、路桥光缆等强干扰情况难以实现稳定应用。相比偏振编码，相位编码采用前后光脉冲的相位差来编码信息，在长距离光纤信道传输过程中能够稳定保持。然而对于相位编码方案，在干涉解码时，因传输光纤和编解码干涉仪光纤双折射的影响，存在偏振诱导衰落的问题，导致解码干涉不稳定。同样，若增加纠偏设备，虽然只需要对一种偏振态进行纠偏，但也会增加系统复杂度和成本。对于量子密钥分发相位编码方案，如何稳定高效地进行干涉解码是基于现有光缆基础设施进行量子保密通信应用的热点和难题。

发明内容

本发明的主要目的在于提出一种基于偏振正交旋转的直流调制量子密钥分发相位解码方法和装置，以解决相位编码量子密钥分发应用中偏振诱导衰落引起的相位解码干涉不稳定的难题。

为实现上述目的，本发明提供至少以下技术方案：

1.一种基于偏振正交旋转的直流调制量子密钥分发相位解码方法，其特征在于，所述方法包括：

将入射的任意偏振态的一路输入光脉冲分束为第一路光脉冲和第二路光脉冲；以及

分别对所述第一路光脉冲和第二路光脉冲按照量子密钥分发协议进行相位解码，

其中，分别对所述第一路光脉冲和第二路光脉冲按照量子密钥分发协议进行相位解码包括：

对于所述第一路光脉冲和第二路光脉冲中的每一路光脉冲，

将该路光脉冲分束为两路子光脉冲；以及

分别在两条子光路上传输所述两路子光脉冲，并将所述两路子光脉冲作相对延时后合束输出，

其中，在所述两条子光路中的至少一条子光路中包含至少一个偏振正交旋转装置，所述偏振正交旋转装置被配置用于将经其传输的一路子光脉冲的两个正交偏振态分别进行偏振正交旋转，使得经由该偏振正交旋转装置后，该一路子光脉冲的两个正交偏振态中的每个偏振态分别变换成与其正交的偏振态，并且

其中，控制该路光脉冲的两个正交偏振态中的一个偏振态在分束至合束的过程中经所述两条子光路传输的相位差与另一个偏振态在分束至合束的过程中经所述两条子光路传输的相位差使得两个相位差相差2π的整数倍，