量子密钥分配系统中用于差分光学相位调制的方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本公开在一个或更多个实施方式中涉及差分光学相位调制方法和用于该方法的 装置。更具体地说，本公开涉及用于差分光学相位调制的方法和装置，该方法和装置可应用 于基于相位调制的量子密钥分配系统。
【背景技术】
[0002] 该部分中的陈述仅提供与本公开有关的背景信息，并且不必构成现有技术。
[0003] 量子密钥分配系统（QuantumKeyDistributionSystem)在通过调整单光子的偏 振或相位来加载密钥信息之后，向接受方发送单光子。接受方使用偏振接收器、光学相位调 制器（OpticalPhaseModulator)等提取密钥信息。这个单光子发送使用光学通信技术 实现，并且目标在于长距离发送的量子密钥分配系统可以主要使用单模光纤（SingleMode OpticalFiber)作为量子通道（QuantumChannel)。当通过单模光纤发送偏振调制后的单 光子时，偏振属性变得不稳定，由此使得发送性能劣化。因此，对于密钥分配，相位调制方案 比偏振调制方案优选。
[0004] 基于相位调制的量子密钥分配系统主要使用时分光学干涉（Time-division Interference)方案。时分光学干涉方案可以通过使用非对称光学干涉仪（Asymmetric OpticalInterferometer)、光学相位调制器等而引起。非对称光学干涉仪被构造成具有带 有不同长度的两个光学路径以生成光学干涉。输入到非对称光学干涉仪的单光子被分开成 在时域中具有不同坐标的两个概率分布。光学相位调制器调制穿过这些路径中的一个路径 的单光子的相位。接收端非对称光学干涉仪在时域中将概率分布划分为时域中的四个坐 标。如果发送器和接收器的非对称光学干涉仪具有相同的路径差，则在单光子的四个概率 分布中的两个相邻方之间由于它们的交叠而发生干涉。接收器还包括调制单光子的相位的 光学相位调制器。当从发送端和接收端的相位调制之和是2nJi(其中，n是整数）时，单光 子的两个叠加的概率分布相长干涉以呈现最大检测概率。相反，当和是（2n+l) 31时，单光 子的两个叠加的概率分布相消干涉，这导致最小检测概率。这暗示了光学干涉仪的性能影 响量子密码术系统的整体性能。
[0005] 为了获得优秀的光学干涉，重要的是确保光学干涉仪的稳定的偏振属性和相位属 性。在接收器中彼此干涉的两个单光子需要具有等偏振，并且相位需要在整个光学路径中 保持恒定，除了由光学相位调制器附加提供的总相位调制值量之外。为此目的，光学干涉仪 必须具有精密构造，并且可以可选地执行相位补偿的控制作为补充措施。
[0006] 为了解决由将光学相位调制器定位在干涉仪路径上而引起的传统干涉仪的不稳 定性，韩国专利申请第10-2011-0071803已经提出如图1例示将光学相位调制器定位在干 涉仪外部，以简化光学干涉仪的构造并减少困难，诸如由光学相位调制器导致的光学路径 的延伸、光学干涉仪中增加的不稳定性和插入损耗。
【发明内容】
[0007] 技术问题
[0008] 相对于上述背景，本公开改进了基于相位调制的量子密钥分配系统，该系统借助 通过向两个时分脉冲施加差分相位调制减小调制器及其驱动器的所需操作范围，通过采用 外部定位的光学相位调制器，获得更高的光学干涉仪稳定性。
[0009] 技术方案
[0010] 根据本公开的至少一个实施方式，一种量子密钥分配系统中的发送装置包括光学 干涉仪和光学相位调制器。该光学干涉仪被构造成接收从光源输入的单光子脉冲，并且提 供用于所述单光子脉冲穿过的、具有预定路径差的两个光学路径。光学相位调制器被构造 成对穿过所述光学干涉仪的所述单光子脉冲执行时间差分相位调制。所述单光子脉冲在穿 过所述光学干涉仪之后，具有在时域中被划分为两个单独区域的概率分布。
[0011] 所述光学相位调制器可以被构造成使得在所述单光子脉冲穿过所述两个光学路 径中的较短路径时与所述单光子脉冲穿过所述两个光学路径中的较长路径时之间，所述单 光子脉冲具有预定相位差或PA。
[0012] 所述光学相位调制器可以被构造成使得所述单光子脉冲在穿过所述两个光学路 径中的一个光学路径时相移-9a/2,并且在穿过所述两个光学路径中的另一个光学路径时相 移〇
[0013] 这里，q>A可以是响应于随机数的比特信息和基（basis)信息而预定的值。
[0014] 私可以是以下值中的一个：31 /4、- Jr /4、3 JT /4和-3 JT /4。
[0015] 所述发送装置可以包括相位调制信号生成器，该相位调制信号生成器被构造成生 成对应于随机数的比特信号和基信号的、用于驱动所述光学相位调制器的、至少一个差分 相位调制信号。
[0016] 所述差分相位调制信号可以包括被构造成在一个周期期间从高切换到低的信号 或被构造成在一个周期期间从低切换到高的另一个信号。
[0017] 所述发送装置可以还包括信号转换器，该信号转换器被构造成从随机数的所述比 特信号和基信号的组合执行信号转换，以生成差分相位调制信号，该组合是{0,0}、{〇，1}、 {1，0}以及{1，1}至{〇, 1}、{1，0}、{1，1}和{〇, 0}。
[0018] 根据本公开的另一个实施方式，一种量子密钥分配系统中的接收装置，该接收装 置包括光学相位调制器和光学干涉仪。所述光学相位调制器被构造成从所述量子密钥分 配系统的发送装置接收已差分相位调制的单光子脉冲并且对接收到的单光子脉冲执行时 间差分相位调制。所述光学干涉仪连接到所述光学路径调制器，并且被构造成提供用于所 述单光子脉冲穿过的两个光学路径，所述两个光学路径具有与所述发送装置中相同的路径 差。从所述发送装置接收到的所述单光子脉冲具有在时域中被划分为两个单独区域的概率 分布或具有所谓的时分概率分布。
[0019] 该光学干涉仪可以被构造成以与所述时分存在概率分布相同的间隔进一步在时 域划分从所述光学相位调制器传送的、差分相位调制后的单光子脉冲的所述时分概率分 布。
[0020] 该差分相位调制后的单光子脉冲在穿过所述光学干涉仪之后，可以具有在时域中 被划分为三个单独区域的概率分布。
[0021] 该光学相位调制器可以被构造成执行所述时间差分相位调制，使得在当所述单光 子脉冲穿过较短光学路径时与当穿过较长光学路径时的两种情况之间，接收到的单光子脉 冲具有预定相位差或_。
[0022] 所述光学相位调制器可以被构造成执行所述时间差分相位调制，使得所述接收到 的单光子脉冲在穿过两个光学路径中的一个光学路径时相移-9b/2,并且在穿过所述两个光 学路径中的另一个光学路径时相移9b/2。
[0023] 肿可以是响应于随机数的基信息而预定的值。
[0024]物可以是 JT/4 或-31/4。
[0025] 该接收装置可以还包括相位调制信号生成器，该相位调制信号生成器被构造成生 成对应于随机数的基信号的、用于驱动所述光学相位调制器的、差分相位调制信号。
[0026] 该差分相位调制信号可以包括被构造成在一个周期期间从高切换到低的信号或 被构造成在一个周期期间从低切换到高的另一个信号。
[0027] 根据本公开的另一个实施方式，一种用于在量子密钥分配系统中发送量子信息的 方法，该方法包括以下步骤：从光源接