一种量子密钥相位调制的反馈检测装置的制作方法

1.本技术实施例涉及量子通信技术领域，特别涉及一种量子密钥相位调制的反馈检测装置。


背景技术：

2.随着全球信息化发展，信息技术对信息安全性的要求日益增加，具备高安全性的量子通信也越来越受人们重视。在量子通信领域中，量子密钥分发(quantum key distribution，qkd)技术是核心技术之一。
3.在相关技术中，最常用的qkd协议包括bb84协议、三态协议和简化版bb84协议(simplified bb84 protocol)等。在多种协议的多种编码方式中，qkd系统中的发射机需要调制量子态。发射机调制量子态的部分装置如图1所示，包括干涉仪101和相位调制器(phase modulator，pm)102。其中，对于pm 102的调制结果，技术人员通常要进行检测以确保相位调制的准确性。由于探测器仅探测信号光光强，因此，为确定信号光的相位调制结果，需要对信号光再进行一次干涉。目前，针对相位调制结果的检测装置如图2所示，包括检测干涉仪103和探测器104。检测干涉仪103与干涉仪101是两个彼此独立的干涉仪，因此，被调制的量子光到达探测器104时经过了两个干涉仪的两次干涉。
4.在相关技术中的相位调制检测装置中，由于两个干涉仪本身的器件差异以及所处的环境差异，例如温度，导致量子光在两个干涉仪的两次干涉出现差异，最终使得探测器104探测到的用于监测相位调制结果的探测值与理论值存在较大的误差。


技术实现要素：

5.本技术提供一种量子密钥相位调制的反馈检测装置，可用于解决在现有技术中由于两个干涉仪本身的器件差异以及所处的环境差异，导致量子光在两个干涉仪的两次干涉出现差异，最终使得探测到的用于监测相位调制结果的探测值与理论值存在较大的误差的问题。
6.本技术提供一种量子密钥相位调制的反馈检测装置，所述装置包括第一干涉仪、相位调制器、第一分束器、探测器，所述第一干涉仪包括第二分束器和第三分束器；
7.所述第二分束器的第一端口输入量子光，所述第二分束器的第二端口和第三端口分别为所述第二分束器的第一端口对应的反射端和透射端，所述第二分束器的第四端口连接所述探测器；
8.所述第三分束器的第一端口连接所述相位调制器，所述第三分束器的第二端口和第三端口为所述第三分束器的第一端口对应的反射端和透射端；
9.所述第一分束器的输入端连接所述相位调制器，所述第一分束器的反射输出端与所述第三分束器的第四端口连接。
10.可选地，所述装置还包括第一环形器；
11.所述第一环形器的第一端口与所述第三分束器的第一端口连接，所述第一环形器
的第二端口与所述相位调制器连接，所述第一环形器的第三端口与所述第一分束器的反射输出端连接。
12.可选地，所述装置还包括光隔离器，所述光隔离器与所述第二分束器的第一端口连接。
13.可选地，所述装置还包括第二环形器，所述第二环形器的第一端口输入量子光，所述第二环形器的第二端口与所述第二分束器的第一端口连接，所述第二环形器的第三端口与所述探测器连接。
14.在本技术中，通过第一分束器将相位调制后的量子光由第一分束器分束，其中一路量子光返回第一干涉仪再次干涉并由探测器探测以便检测相位调制结果。由于量子态调制中的干涉和检测相位调制结果的干涉都是在同一干涉仪完成的，因此避免了量子光在两次干涉出现差异，确保了探测器的探测值能够准确地反映相位调制结果。
附图说明
15.图1是现有技术中qkd系统中发射机的部分结构示意图；
16.图2是现有技术中qkd系统中相位调制结果的检测装置；
17.图3是本技术一个实施例提供的量子密钥相位调制的反馈检测装置的示意图；
18.图4是本技术另一个实施例提供的量子密钥相位调制的反馈检测装置的示意图；
19.图5是本技术另一个实施例提供的量子密钥相位调制的反馈检测装置的示意图；
20.图6是本技术另一个实施例提供的量子密钥相位调制的反馈检测装置的示意图。
具体实施方式
21.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术实施方式作进一步地详细描述。
22.本技术实施例描述的系统架构以及应用场景是为了更加清楚地说明本技术实施例的技术方案，并不构成对本技术实施例提供的技术方案的限定，本领域普通技术人员可知，随着系统架构的演变和新应用场景的出现，本技术实施例提供的技术方案对于类似的技术问题，同样适用。
23.请参考图3，其示出了本技术实施例提供的一种量子密钥相位调制的反馈检测装置的示意图。该装置包括第一干涉仪301、相位调制器302、第一分束器303、探测器304。该装置位于qkd系统中量子密钥发射机。
24.在反馈检测装置中，第一干涉仪301包括第二分束器3011和第三分束器3012。第一干涉仪301为不等臂干涉仪。其中，第二分束器3011和第三分束器3012为两进两出的分束器。在第一干涉仪3011中，第二分束器3011的第一端口和第四端口、以及第三分束器3012的第一端口和第四端口为第一干涉仪301的对外端口。第二分束器3011的第二端口对内与第三分束器3012的第二端口连接，第二分束器3011的第三端口对内与第三分束器3012的第三端口连接。
25.可选地，第一干涉仪301中第二分束器3011的第一端口与量子密钥发射机中的激光器连接。
26.相位调制器302是一种调制光信号相位的光学器件。在qkd系统的编码过程中，相
位调制器302根据qkd协议调制经过第一干涉仪301的量子光的相位。调制器302的输入端和输出端分别与第一干涉仪301中第三分束器3012的第一端口以及第一分束器303连接。
27.第一分束器303为一进两出的分束器。第一分束器303的输出端与上述相位调制器302的输出端连接。第一分束器303的反射输出端与上述分束器3012的第四端口连接。第一分束器303的透射输出端输出经过相位调制器302调制的量子光。
28.探测器304是用于探测光信号强度的光学器件，例如pin管。探测器304与上述第二分束器3011的第四端口连接。
29.下面将结合图3示出的装置，对量子密钥相位调制的反馈检测的光路传播过程进行介绍和分析。
30.首先，量子光通过第二分束器3011的第一端口输入第一干涉仪301。量子光是qkd系统中的发射机中的激光器输出的信号光。输入第一干涉仪301的量子光是未经过相位调制的信号光，例如激光器直接输出的信号光。
31.量子光在经过第一干涉仪301中第二分束器3011的分束以及第三分束器3012的合束后，从第一干涉仪301输出。第一干涉仪301输出的量子光经过相位调制器302的调制后，传输至第一分束器303。
32.需要说明的是，量子光在第一干涉仪301中发生干涉以及在相位调制器302中被调制的具体过程与qkd系统依据不同的qkd协议调制量子光的过程相同，因此本技术实施例不再进行赘述。
33.第一分束器303将量子光分为两束，一束由第一分束器303的透射输出端输出，一束由第一分束器303的反射输出端输出。经由透射输出端的量子光用于qkd系统在量子密钥分发过程中的后续步骤，例如与其它信号光共纤传输。经由反射输出端的量子光传输回第一干涉仪301，并经由第三分束器3012的第四端口输入。该经过相位调制的量子光经过第一干涉仪301的干涉，由第二分束器3011的第四端口输出至探测器304，由探测器304进行探测。
34.可选地，如图4所示，量子密钥相位调制的反馈检测装置还包括第一环形器305，且第三分束器3012为一进两出的分束器。第一环形器305的第一端口与第三分束器3012的第一端口连接；第一环形器305的第二端口与相位调制器302连接；第一环形器305的第三端口与第一分束器303的反射输出端连接。在图3所示的装置中，第一分束器303与第一干涉仪301直接连接，导致经过第一干涉仪301的量子光在经由第三分束器3012输出时，从第四端口传输至第一分束器303，对量子光的调制造成干扰。在图4所示的装置中，通过第一环形器305，在保证第一干涉仪301输出的量子光仅传输至相位调制器302，以及第一分束器303分束的量子光传输回第一干涉仪301的前提下，消除回路中输入反射输出端的量子光。
35.在一种可能的实施方式中，如图5所示，量子密钥相位调制的反馈检测装置还包括光隔离器306。该光隔离器306用于阻断第二分束器3011的第一端口输出的光信号。第一分束器303的反射输出端输出的量子光经由第一环形器305传输至第一干涉仪301，再由第一干涉仪301干涉输出。对于返回的量子光，第一干涉仪301干涉经由第二分束器3011的第一端口和第四端口输出。第二分束器3011第四端口输出的量子光由探测器304进行探测。第二分束器3011第一端口输出的量子光被光隔离器306阻隔，避免沿光路返回对激光器造成影响。
36.在另一种可能的实施方式中，如图6所示，量子密钥相位调制的反馈检测装置还包括第二环形器307，且第二分束器3011和第三分束器3012为一进两出的分束器。探测器304与第二环形器307的第三端口连接。第二分束器3011的第一端口与第二环形器307的第二端口连接。未调制的量子光通过第二环形器307的第一端口输入，由第二端口输出至第一干涉仪301。当经过相位调制的量子光经由第一分束器303返回时，量子光通过第二环形器307的第二端口输入，由第三端口输出至探测器304。基于环形器的光学特性，第二分束器3011第一端口输出的量子光仅向探测器304传输，避免沿光路返回对激光器造成影响。
37.在本技术实施例提供的装置中，通过第一分束器将相位调制后的量子光由第一分束器分束，其中一路量子光返回第一干涉仪再次干涉并由探测器探测以便检测相位调制结果。由于量子态调制中的干涉和检测相位调制结果的干涉都是在同一干涉仪完成的，因此避免了量子光在两次干涉出现差异，确保了探测器的探测值能够准确地反映相位调制结果。
38.以上所述的具体实施方式，对本技术实施例的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本技术实施例的具体实施方式而已，并不用于限定本技术实施例的保护范围，凡在本技术实施例的技术方案的基础之上，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本技术实施例的保护范围之内。