[发明专利]一种用于时间BB84协议的片上解码器及解码方法

说明书

一种用于时间BB84协议的片上解码器及解码方法，解码器包括：输入波导(100)；1×2光分束器(200)，用于将接收到的信号光分成等强度的两束信号光；光延时线(300)，用于将信号光进行延时；可调光衰减器(400)，用于使信号光的光强与光延时线(300)延时后的信号光的光强一致；相位偏置调制器(500)，用于调节接收到的信号光的相位；2×2干涉耦合器(600)，用于对接收到的信号光进行厄米运算；输出波导(700)，用于将信号光输出。该片上解码器及解码方法可以对满足时间BB84协议的任意四种量子态信号光进行被动解调，且对于光纤信道和干涉环路中的相位漂移，该器件可通过片上调控实现精确补偿。

技术领域

本发明涉及量子通信与集成光学技术领域，尤其涉及一种用于时间BB84协议的片上解码器及解码方法。

背景技术

量子密码是量子力学和密码学相结合的产物，它解决了经典密码体制的密钥分配的难题。其利用量子力学基本原理——测不准原理和单量子态不可克隆定理，保证了在密钥分配过程中，公开信道中的数据不必担心被窃听。目前公认的量子密钥分发装置主要是基于传统的分立光学棱镜或光纤器件，体积大，难以集成，成本高，不利于大规模的商业化。随着硅基光子学的发展，分立光学器件的功能逐渐可在片上实现，从而方便集成，同时利用成熟的硅器件加工平台，可以实现大规模低成本的量产。于是人们开始尝试将量子密钥分发装置所需的器件和子系统集成在片上。对于时间BB84协议量子密钥分发，其解调端的设置一般与发射端所制备的量子态所对应，即解调端的探测基与发射端的制备基一致，无法对不同制备基的BB84协议进行解调。同时由于一般系统中的色散、温度抖动、干涉环不稳定等效应会不可避免的导致相位漂移，因此，传统方案需要在QKD系统中加入恒温、减震措施并对系统参数做实时监控以减少相位漂移，这会导致额外成本以及码率牺牲。

发明内容

(一)要解决的技术问题

基于上述技术问题，本发明提供了一种用于时间BB84协议的片上解码器及解码方法，用于解决传统方案中分立元件体积大、成本高以及现有技术中无法对不同制备基下时间BB84协议进行解调、无法实现片上相位补偿等问题。

(二)技术方案

第一方面，本发明提供了一种用于时间BB84协议的片上解码器，包括：输入波导100，用于输入待解码信号光；

1×2光分束器200，包括第一光分束器201、第二光分束器202以及第三光分束器203，其中，第一光分束器201用于将待解码信号光分成等强度的两束信号光；

光延时线300，用于对第一光分束器201输出的等强度的两束信号光中的一束信号光进行延时；

可调光衰减器400，用于对第一光分束器201输出的等强度的两束信号光中的另一束信号光的强度进行衰减；

相位偏置调制器500，包括第一相位偏置调制器501、第二相位偏置调制器502及第三相位偏置调制器503，分别用于调节各自接收的信号光的相位，其中，第一相位偏置调制器501用于对可调光衰减器400衰减后的另一束信号光的相位进行调节；

2×2干涉耦合器600，包括第一干涉耦合器601、第二干涉耦合器602及第三干涉耦合器603，分别用于对接收到的信号光进行厄米运算，其中，第一干涉耦合器601用于对光延时线300延时后的一束信号光及第一相位偏置调制器501相位调节后的另一束信号光进行厄米运算，将运算后的一束信号光经过第二相位偏置调制器502进行相位调节后传输至第二干涉耦合器602，将运算后的另一束信号光直接传输至第二干涉耦合器602；第二干涉耦合器602对其接收的两束信号光进行运算，将运算后的一束信号光传输至第二光分束器202分束成等强度的两束信号光，将运算后的另一束信号光传输至第二光分束器203分束成等强度的两束信号光；