用于量子通信的时间相位编码装置和量子通信设备的制作方法

1.本实用新型涉及量子通信技术领域，尤其涉及用于量子通信的时间相位编码装置以及包括该时间相位编码装置的量子通信设备。


背景技术：

2.目前，在量子通信系统中，通常采用如图1所示的时间相位编码装置来实现相位基矢和时间基矢的编码。在图1示出的时间相位编码装置中，通常需要构建两个独立的光学传输路径来分别实现相位基矢的编码和时间基矢的编码，其中，光源x和包括在不等臂干涉仪中的相位调制器pm用于实现相位基矢的编码，光源z和强度调制器im用于实现时间基矢的编码。
3.然而，这种装置必须加载和切换至少两种不同的相位调制电压才能实现相位基矢的编码，这会引起相位调制器pm所加载的相位调制电压不稳定，进而导致所调制的相位差的精度变差，系统的成码率变低。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供用于量子通信的时间相位编码装置和量子通信设备。
5.根据本实用新型的一方面，提供一种用于量子通信的时间相位编码装置，所述时间相位编码装置包括：第一光源；第二光源；不等臂干涉仪，连接所述第一光源和所述第二光源，以将所述光源输出的光脉冲分成时间上相邻的两路子光脉冲；第一强度调制器，设置在所述不等臂干涉仪的长臂上，以向所述两路子光脉冲中的沿着所述不等臂干涉仪的长臂传输的子光脉冲施加强度调制电压；第二强度调制器，设置在所述不等臂干涉仪的短臂上，以向所述两路子光脉冲中的沿着所述不等臂干涉仪的短臂传输的子光脉冲施加强度调制电压；以及控制器，根据基于所述两路子光脉冲在所述不等臂干涉仪的分束器和合束器上的相位变化而在所述两路子光脉冲之间形成的第一相位差或第二相位差进行相位编码，并且通过所述第一强度调制器和第二强度调制器中的一个施加的强度调制电压对所述两路子光脉冲中的一路子光脉冲进行消光处理，以根据所述两路子光脉冲中的另一路子光脉冲相对于所述两路子光脉冲中的一路子光脉冲的延时位置进行时间编码。
6.优选地，所述装置还包括：第三强度调制器，设置于所述不等臂干涉仪的输出端，以向所述不等臂干涉仪输出的光脉冲施加强度调制电压，其中，所述控制器通过所述第三强度调制器施加的强度调制电压对从所述不等臂干涉仪输出的光脉冲进行诱骗态处理。
7.优选地，所述第一相位差和所述第二相位差分别为π和0。
8.根据本实用新型的另一方面，提供一种量子通信设备，所述量子通信设备包括如前所述的用于量子通信的时间相位编码装置。
9.本实用新型提供的时间相位编码装置和量子通信设备能够在无需相位调制器的情况下提供系统所需相位编码和时间编码。另外，本实用新型所提供的时间相位编码装置还能够有效地避免因相位调制器在不同的相位调制电压之间来回反复切换而导致相位调
制器所加载的相位调制电压不稳定的问题，从而在很大程度上提升了相位编码的相位差调制精度和系统的成码率。
附图说明
10.通过下面结合附图进行的描述，本实用新型的上述目的和特点将会变得更加清楚。
11.图1示出了相关技术中的用于量子通信的时间相位编码装置的示意图。
12.图2示出了本实用新型的用于量子通信的时间相位编码装置的示意图。
13.图3示出了本实用新型的用于量子通信的时间相位编码装置的另一示意图。
14.图4示出了使用本实用新型的用于量子通信的时间相位编码装置进行相位编码的光脉冲调制示意图。
15.图5示出了使用本实用新型的用于量子通信的时间相位编码装置进行时间编码的光脉冲调制示意图。
具体实施方式
16.下面，将参照附图来详细地说明本实用新型的实施例。
17.参照图2，本实用新型的用于量子通信的时间相位编码装置可包括第一光源x0、第二光源x1、不等臂干涉仪m
‑
z、第一强度调制器im0、第二强度调制器im1以及控制器（未示出），诸如，但不限于，fpga、mcu等控制芯片。
18.在图2示出的用于量子通信的时间相位编码装置中，不等臂干涉仪m
‑
z可连接第一光源x0和第二光源x1，以将第一光源x0和第二光源x1输出的光脉冲分成时间上相邻的两路子光脉冲；第一强度调制器im0可设置在不等臂干涉仪m
‑
z的长臂l1上，以向两路子光脉冲中的沿着不等臂干涉仪m
‑
z的长臂l1传输的子光脉冲施加强度调制电压；第二强度调制器im1可设置在不等臂干涉仪m
‑
z的短臂l2上，以向两路子光脉冲中的沿着不等臂干涉仪m
‑
z的短臂l2传输的子光脉冲施加强度调制电压；控制器可根据基于两路子光脉冲在所述不等臂干涉仪m
‑
z的分束器和合束器上的相位变化而在两路子光脉冲之间形成的第一相位差或第二相位差进行相位编码，并且通过第一强度调制器im0和第二强度调制器im1中的一个施加的强度调制电压对两路子光脉冲中的一路子光脉冲进行消光处理，以根据两路子光脉冲中的另一路子光脉冲相对于两路子光脉冲中的一路子光脉冲的延时位置进行时间编码。
19.参照图3，本实用新型的用于量子通信的时间相位编码装置除了包括如前所述的第一光源x0、第二光源x1、不等臂干涉仪m
‑
z、第一强度调制器im0、第二强度调制器im1以及控制器之外，还可包括第三强度调制器im2，第三强度调制器im2可设置于不等臂干涉仪m
‑
z的输出端，以向不等臂干涉仪m
‑
z输出的光脉冲施加强度调制电压，控制器可通过第三强度调制器im2施加的强度调制电压对从不等臂干涉仪m
‑
z输出的光脉冲进行诱骗态处理，以使得输出的光脉冲的强度进一步减弱。
20.下面，将参照图4进一步详细地描述使用本实用新型的用于量子通信的时间相位编码装置进行相位编码的光脉冲调制过程。
21.在图4示出的光脉冲调制过程中，所述装置可通过第一光源x0输出第一路光脉冲1010。接下来，所述装置可经由不等臂干涉仪m
‑
z将第一路光脉冲1010划分成两路子光脉冲
1011和1012，其中，子光脉冲1011可从不等臂干涉仪m
‑
z的分束器进入到不等臂干涉仪m
‑
z的长臂l1中并且沿着不等臂干涉仪m
‑
z的长臂l1传输至不等臂干涉仪m
‑
z的合束器，子光脉冲1012可从不等臂干涉仪m
‑
z的分束器进入到不等臂干涉仪m
‑
z的短臂l2中并且沿着不等臂干涉仪m
‑
z的短臂l2传输至不等臂干涉仪m
‑
z的合束器。在上述传输过程中，子光脉冲1011的相位因不等臂干涉仪m
‑
z的分束器和合束器的反射而增加π，子光脉冲1012的相位因不等臂干涉仪m
‑
z的分束器和合束器的透射而并未发生变化。因此，所述装置可基于两路子光脉冲1011和1012在不等臂干涉仪m
‑
z的分束器和合束器上的相位变化而在两路子光脉冲1011和1012之间形成第一相位差π（即，φ=π）。相应地，所述装置可根据由此而得到的第一相位差π而实现对两路子光脉冲1011和1012的相位编码。
22.此外，在图4示出的光脉冲调制过程中，所述装置还可通过第二光源x1输出第二路光脉冲1020。
23.接下来，所述装置还可经由不等臂干涉仪m
‑
z将第二路光脉冲1020划分成两路子光脉冲1021和1022，其中，子光脉冲1021可从不等臂干涉仪m
‑
z的分束器进入到不等臂干涉仪m
‑
z的长臂l1中并且沿着不等臂干涉仪m
‑
z的长臂l1传输至不等臂干涉仪m
‑
z的合束器，子光脉冲1022可从不等臂干涉仪m
‑
z的分束器进入到不等臂干涉仪m
‑
z的短臂l2中并且沿着不等臂干涉仪m
‑
z的短臂l2传输至不等臂干涉仪m
‑
z的合束器。在上述传输过程中，子光脉冲1021的相位因不等臂干涉仪m
‑
z的合束器的反射而增加π/2，子光脉冲1022的相位因不等臂干涉仪m
‑
z的分束器的反射而增加π/2。因此，所述装置可基于两路子光脉冲1021和1022在不等臂干涉仪m
‑
z的分束器和合束器上的相位变化而在两路子光脉冲1021和1022之间形成第二相位差0（即，φ= 0）。相应地，所述装置可根据由此而得到的第二相位差0而实现对两路子光脉冲1021和1022的相位编码。
24.应当理解，尽管图4示出了使用本实用新型的用于量子通信的时间相位编码装置进行相位编码的光脉冲调制示意图，但是图4所示出的相位编码过程仅仅是示意性的。根据需要，也可采用其他的相位差（例如，π/2和3π/2）来实现对光脉冲的相位编码。因此，本实用新型并不限于此。
25.下面，将参照图5进一步详细地描述使用本实用新型的用于量子通信的时间相位编码装置进行时间编码的光脉冲调制过程。
26.在图5示出的光脉冲调制过程中，所述装置可通过第一光源x0输出第一路光脉冲1010。随后，所述装置可经由不等臂干涉仪m
‑
z将第一路光脉冲1010划分成两路子光脉冲1011和1012，其中，子光脉冲1011可从不等臂干涉仪m
‑
z的分束器进入到不等臂干涉仪m
‑
z的长臂l1中并且沿着不等臂干涉仪m
‑
z的长臂l1传输至不等臂干涉仪的m
‑
z合束器，子光脉冲1012可从不等臂干涉仪m
‑
z的分束器进入到不等臂干涉仪m
‑
z的短臂l2中并且沿着不等臂干涉仪m
‑
z的短臂l2传输至不等臂干涉仪m
‑
z的合束器。在上述传输过程中，所述装置可通过第一强度调制器im0对子光脉冲1011进行消光处理，以使得子光脉冲1011的光强下降至最小，然后根据未被消光的子光脉冲1012相对于被消光的子光脉冲1011的延时位置进行时间编码。在示例中，所述装置可将延时位置超前于子光脉冲1011的子光脉冲1012记为量子比特“0”（即，“z0”），以实现对子光脉冲1012的时间编码。
27.此外，在图5示出的光脉冲调制过程中，所述装置可通过第二光源x1输出第二路光脉冲1020。随后，所述装置可经由不等臂干涉仪m
‑
z将第一路光脉冲1020划分成两路子光脉
冲1021和1022，其中，子光脉冲1021可从不等臂干涉仪m
‑
z的分束器进入到不等臂干涉仪m
‑
z的长臂l1中并且沿着不等臂干涉仪m
‑
z的长臂l1传输至不等臂干涉仪m
‑
z的合束器，子光脉冲1022可从不等臂干涉仪m
‑
z的分束器进入到不等臂干涉仪m
‑
z的短臂l2中并且沿着不等臂干涉仪m
‑
z的短臂l2传输至不等臂干涉仪m
‑
z的合束器。在上述传输过程中，所述装置可通过第二强度调制器im1对子光脉冲1022进行消光处理，以使得子光脉冲1022的光强下降至最小，然后根据未被消光的子光脉冲1021相对于被消光的子光脉冲1022的延时位置进行时间编码。在示例中，所述装置可将延时位置落后于子光脉冲1022的子光脉冲1021记为量子比特“1”（即，“z1”），以实现对子光脉冲1021的时间编码。
28.应当理解，尽管图5示出了使用本实用新型的用于量子通信的时间相位编码装置进行时间编码的光脉冲调制示意图，但是图5所示出的时间编码过程仅仅是示意性的。根据需要，也可采用光脉冲的其他延时位置标记来实现对光脉冲的时间编码。因此，本实用新型并不限于此。
29.此外，本实用新型还可提供一种包括本实用新型的用于量子通信的时间相位编码装置的量子通信设备（诸如，量子密钥分发系统的发射端）。
30.本实用新型提供的时间相位编码装置和量子通信设备能够在无需相位调制器的情况下提供系统所需相位编码和时间编码。另外，本实用新型所提供的时间相位编码装置还能够有效地避免因相位调制器在不同的相位调制电压之间来回反复切换而导致相位调制器所加载的相位调制电压不稳定的问题，从而在很大程度上提升了相位编码的相位差调制精度和系统的成码率。
31.尽管已参照优选实施例表示和描述了本技术，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本技术的精神和范围的情况下，可以对这些实施例进行各种修改和变换。