[发明专利]一种用于时间比特-相位编码的解码装置

说明书

本发明实施例中公开了一种用于时间比特‑相位编码的解码装置，包括：不等臂迈克尔逊干涉仪、两个光电探测器、解码单元和环形器；不等臂迈克尔逊干涉仪包括分束器和两个反射镜，两个反射镜分别与分束器连接构成干涉仪的长臂和短臂，不等臂迈克尔逊干涉仪的臂长差对应的时间差值与相位基矢的2个时间模式光脉冲之间的时间间隔一致；两个光电探测器分别连接不等臂迈克尔逊干涉仪的两个输出端口；解码单元连接两个光电探测器，根据光电探测器的输出进行相位基矢和/或时间基矢下的解码；环形器与解码装置的输入端口、不等臂迈克尔逊干涉仪的一个输出端口、以及一个光电探测器相连。解决现有技术中存在的偏振相关、插损高、系统复杂及成本高的问题。

技术领域

本发明涉及量子通信技术领域，具体涉及一种用于时间比特-相位编码的解码装置。

背景技术

量子保密通信作为当代通信技术领域的前沿，其发展日新月异，相对于传统的通信技术而言，从原理上保证了通信的绝对安全性，这是传统通信技术不能望其项背的。量子保密通信领域中，应用最广泛、发展最成熟的就是量子密钥分发方向。量子密钥分发利用了量子力学中的量子不可复制等基本原理，使用“一次一密”的方式对信息加密，非常适用于对保密性要求较高的国防单位、政府机关、科研单位、金融机构等。

目前量子密钥分发的编码方案中，较为常见的是偏振编码和相位编码方案。偏振编码方案作为1984年最早提出的编码方案，有着接收端插损低、成本低且结构简单的优点，所以目前为主要的编码方式，而其劣势为偏振系统容易受到光纤偏振扰动的影响，直接影响其误码率，特别是架空光缆环境下需要频繁启动偏振反馈或者需要快偏模块控制误码率到正常水平才能成码。而这些因素也造成了时间上的浪费以致成码率降低或者不稳定。

相比于偏振编码，相位编码的应用场景比较适合偏振变化比较剧烈的情形，相位编码方案通过不等臂干涉仪制备光脉冲，利用前后光脉冲的相位差作为信息载体，而光纤的偏振变化对相位差的影响较小，因此偏振变化不会造成误码率上升，而最多使得接收计数率下降。这在远距离传输或有强烈外界干扰的环境中将显示出较大的优势。然而其劣势为传统相位系统的接收端插损很大，比偏振编码系统的接收端增加至少3dB。而且在偏振变化比较剧烈的情况下，接收损耗进一步增加3dB，导致成码率以及最远成码距离低于偏振系统，不一定能很好地应用于长距离架空光缆环境。

在此前提下，人们提出了时间比特-相位编码的方案。其发送端和接收端的编码和解码设计所针对的2组基矢为时间基矢和相位基矢，也即为：Z基矢(本征态为|t₀>、|t₁>)，和X(或Y)基矢(本征态为(或))。这里，|t₀>、|t₁>表示2个不同的时间模式，也即从时间轴上观察两者是完全不重叠的模式。图1示出了时间比特-相位编码中的X基矢和Z基矢。

图2示出了现有技术的一种基于时间比特-相位编码方式的解码端结构，其中，针对Z基矢的解码是与偏振无关的，而在X基矢解码方面，则是利用平面光路技术(PLC)在硅基板上由图案结构形成的光波导来制作非对称马赫曾德尔(MZ)干涉系统来执行。如图2所示，编码端产生的光脉冲信号经传输到达解码端后，首先经过一个分束器并且可以在其作用下进入Z基矢解码部分或者进入X基矢解码部分。在Z基矢解码部分中，基于时间位置的不同来实现对Z基矢的解码；在X基矢解码部分中，通过由PLC技术形成的非对称马赫曾德尔干涉系统来对对X基矢进行解码。在这种X基矢解码部分中，要达到偏振无关的效果需要非常复杂的控制过程，例如需要对诸如温度等参数进行高精度的控制。在图2所示的解码端结构中，也可以简单地利用光纤器件来实现X基矢解码部分，此时所形成的该部分结构可以等效为MZ干涉仪，而这种光纤MZ干涉仪是与偏振相关的，需要偏振反馈。另外，这种X基矢解码部分中，干涉结果中存在非干涉部分，且非干涉部分所占比例为50％，这就导致这种X基矢解码部分中存在固有的3dB解码损耗。