本發(fā)明涉及量子通信領(lǐng)域，尤其涉及一種MDI-QKD系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

量子密鑰分發(fā)(QKD)原則上提供了基于量子物理定律而不是計(jì)算復(fù)雜度的無條件安全性，然而由于安全證明的理論假設(shè)和現(xiàn)實(shí)條件之間的差距，實(shí)際QKD系統(tǒng)易受各種攻擊。測(cè)量子系統(tǒng)是QKD系統(tǒng)最脆弱的部分，其中解碼模塊、單光子探測(cè)器等復(fù)雜測(cè)量器件上，與編碼維度關(guān)聯(lián)的其他若干維度可作為邊信道將信息泄露出去。2012年，加拿大的Hoi-Kwong Lo小組于提出了測(cè)量設(shè)備無關(guān)的量子密鑰分發(fā)(MDI-QKD)協(xié)議，很好地關(guān)閉了測(cè)量子系統(tǒng)的所有漏洞，并使安全通信的距離提高了一倍。

MDI-QKD系統(tǒng)利用時(shí)間反演的基于糾纏分發(fā)的協(xié)議，把測(cè)量裝置放在不受信任的第三方Charlie，通信雙方Alice和Bob各自隨機(jī)選擇基矢編碼比特信息和制備光子態(tài)，光子態(tài)被發(fā)送給Charlie進(jìn)行Bell態(tài)測(cè)量，并選擇正確的測(cè)量結(jié)果。

為了實(shí)現(xiàn)Charlie內(nèi)兩光子態(tài)良好的干涉效果，系統(tǒng)需要對(duì)影響干涉的各種參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格的校準(zhǔn)和反饋，包括時(shí)間模式、偏振模式以及光譜模式等等。在一般的MDI-QKD系統(tǒng)中，Alice和Bob兩者采用獨(dú)立的激光器，系統(tǒng)需要波長(zhǎng)校準(zhǔn)模塊以保證兩者的波長(zhǎng)高度一致。在文獻(xiàn)Phys.Rev.Lett.111,130501(2013)中，用戶端使用移頻器每間隔30分鐘對(duì)兩路激光頻率差進(jìn)行校準(zhǔn)，保證其低于10MHz水平；文獻(xiàn)PHYSICAL REVIEW A 92,012333(2015)在Alice和Bob邊緣放置窄帶濾波器，使來自Charlie的光脈沖只有單個(gè)光譜模式進(jìn)入二者的編碼模塊；文獻(xiàn)PHYSICAL REVIEW A 93,042308(2016)里，作者采用半導(dǎo)體激光器穩(wěn)頻技術(shù)，借助分別集成到Alice和Bob光源內(nèi)部的乙炔氣池，將兩路光波長(zhǎng)鎖定在1542.38nm處，確保了10MHz以內(nèi)的頻率差，保證了兩路光譜的不可分辨性。但是移頻器時(shí)分復(fù)用的方式降低了系統(tǒng)的成碼速率；目前的濾波技術(shù)還不能達(dá)到1pm量級(jí)精度的理想濾波；半導(dǎo)體激光器穩(wěn)頻技術(shù)在建立外部參考基準(zhǔn)時(shí)，不僅需要吸收物質(zhì)，還需要復(fù)雜的反饋控制系統(tǒng)(包括分束模塊、光電探測(cè)模塊、頻率伺服系統(tǒng)等)。

MDI-QKD協(xié)議雖然解決了測(cè)量系統(tǒng)的黑客漏洞，但是仍有源端攻擊需要考慮，主要包括特洛伊木馬攻擊、光子數(shù)分離攻擊等。誘騙態(tài)方案彌補(bǔ)了光子數(shù)分離攻擊的漏洞，而針對(duì)特洛伊木馬攻擊的抵御方案主要依賴于光學(xué)器件的性能和對(duì)光學(xué)器件的復(fù)雜控制，因此抵御性能有限。

在特洛伊木馬攻擊中，竊聽者在開放的量子信道上向系統(tǒng)發(fā)送端或接收端輸入木馬光束，木馬光束經(jīng)過量子態(tài)制備或解調(diào)的外部調(diào)制器件后，攜帶上編碼或解碼信息，在發(fā)送端的光源或接收端的探測(cè)器端面被反射回來，竊聽者分析返回光束的攜帶信息從而得到密鑰信息。

現(xiàn)有MDI-QKD系統(tǒng)對(duì)Alice和Bob兩路光波長(zhǎng)校準(zhǔn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜或受限于器件性能水平；在量子態(tài)制備過程和誘騙態(tài)方案的實(shí)施通過外部調(diào)制器件實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，高速編碼應(yīng)用受外部調(diào)制器件限制；現(xiàn)有MDI-QKD系統(tǒng)還存在特洛伊木馬攻擊漏洞。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種MDI-QKD系統(tǒng)，借助光注入鎖定的思想使Alice和Bob的激光器產(chǎn)生關(guān)聯(lián)，兩者的光源在產(chǎn)生光脈沖的同時(shí)即實(shí)現(xiàn)了光波長(zhǎng)的內(nèi)部校準(zhǔn)，相比于移頻器等外部波長(zhǎng)校準(zhǔn)模塊，在不影響系統(tǒng)正常成碼的情況下，實(shí)現(xiàn)更為簡(jiǎn)單。

本發(fā)明一種MDI-QKD系統(tǒng)，包括兩用戶端以及公共測(cè)量端，所述公共測(cè)量端設(shè)有主激光器，兩用戶端分別設(shè)有與所述主激光器相應(yīng)的從激光器，在公共測(cè)量端還設(shè)有用于接收來自各從激光器光信號(hào)的探測(cè)模塊。

本發(fā)明的量子態(tài)制備過程為基于光注入鎖定思想使用主從兩個(gè)激光器共同實(shí)現(xiàn)的內(nèi)調(diào)制過程，不僅減少了外部調(diào)制器件的使用，而且對(duì)于特洛伊木馬攻擊具有本質(zhì)的抵御能力。特洛伊木馬攻擊實(shí)現(xiàn)的首要條件為QKD系統(tǒng)量子態(tài)制備的各調(diào)制器件獨(dú)立于光源為外部調(diào)制器件，而本發(fā)明的量子態(tài)制備過程不需外部調(diào)制器件，在光源內(nèi)部即可實(shí)現(xiàn)，這破壞了特洛伊木馬攻擊的實(shí)現(xiàn)條件。

所述探測(cè)模塊包括：

分束器，兩用戶端的從激光器所發(fā)送的光信號(hào)經(jīng)由該分束器發(fā)生干涉；

兩個(gè)單光子探測(cè)器，分別接收和探測(cè)來自所述分束器的兩路干涉結(jié)果。

兩從激光器所發(fā)送的光信號(hào)經(jīng)干涉后，進(jìn)入所述兩個(gè)單光子探測(cè)器，根據(jù)各單光子探測(cè)器的信號(hào)響應(yīng)，再進(jìn)行后續(xù)的數(shù)據(jù)處理，完成量子密鑰的分發(fā)。

作為優(yōu)選，主激光器發(fā)送的光信號(hào)經(jīng)由所述分束器分為兩路，分別進(jìn)入對(duì)應(yīng)的從激光器。主激光器發(fā)送的光信號(hào)以及從激光器返回的光信號(hào)均通過該分束器，可實(shí)現(xiàn)光路的簡(jiǎn)化。

作為優(yōu)選，用戶端中，所述從激光器的輸出端連接有可調(diào)光衰減器。從激光器輸出的光信號(hào)通過可調(diào)光衰減器調(diào)控到適宜的強(qiáng)度。

作為優(yōu)選，公共測(cè)量端中設(shè)有兩個(gè)偏振控制器，兩從激光器光信號(hào)分別經(jīng)對(duì)應(yīng)的偏振控制器后進(jìn)入所述分束器。這樣可以保證來自兩從激光器光信號(hào)在發(fā)生干涉前偏振方向一致。

作為優(yōu)選，公共測(cè)量端中設(shè)有光纖環(huán)形器，兩個(gè)單光子探測(cè)器中的一者與所述主激光器通過該光纖環(huán)形器接入所述分束器的同一端口。

主激光器發(fā)送光信號(hào)時(shí)，通過光纖環(huán)形器進(jìn)入分束器進(jìn)而分為兩路，而兩從激光器返回的光信號(hào)，在分束器處干涉后，一路進(jìn)入其中一單光子探測(cè)器，另一路經(jīng)由光纖環(huán)形器進(jìn)入另一單光子探測(cè)器。

作為優(yōu)選，MDI-QKD系統(tǒng)中還設(shè)有同步環(huán)路，相對(duì)于公共測(cè)量端與任一用戶端之間，該同步環(huán)路通過兩個(gè)光路節(jié)點(diǎn)分成第一光路和第二光路，主激光器發(fā)送的光信號(hào)經(jīng)由第一光路進(jìn)入從激光器，從激光器發(fā)送的光信號(hào)經(jīng)由第二光路返回主激光器側(cè)。

光信號(hào)在往返于公共測(cè)量端與任一用戶端之間，其路程可近似為第一光路與第二光路之和，即為完整的同步環(huán)路，這樣可以保證兩用戶端從激光器發(fā)送的光信號(hào)可同時(shí)到達(dá)公共測(cè)量端的分束器以發(fā)生干涉。

為了簡(jiǎn)化光路，作為優(yōu)選，所述光路節(jié)點(diǎn)包括：

位于公共測(cè)量端中的所述分束器；

位于各用戶端中的路徑選擇模塊；

兩用戶端的路徑選擇模塊之間通過同步支路相連。

作為優(yōu)選，同一用戶端中，路徑選擇模塊設(shè)置在可調(diào)光衰減器的輸出端一側(cè)。

通過以上設(shè)置可見，在所述分束器以及兩個(gè)路徑選擇模塊之間構(gòu)成同步環(huán)路，就某一用戶端而言：

當(dāng)前用戶端的路徑選擇模塊與分束器之間作為第一光路；

當(dāng)前用戶端的其路徑選擇模塊、同步支路、另一用戶端的路徑選擇模塊與分束器之間作為第二光路。

由于公共測(cè)量端與任一用戶端之間，往返的光信號(hào)都要?dú)v經(jīng)完整的同步環(huán)路，因此第一光路和第二光路之間的長(zhǎng)短關(guān)系并沒有嚴(yán)格限制。

同理，就某一用戶端而言：

當(dāng)前用戶端的路徑選擇模塊與分束器之間作為第二光路；

當(dāng)前用戶端的其路徑選擇模塊、同步支路、另一用戶端的路徑選擇模塊與分束器之間作為第一光路。

就光信號(hào)的單程而言，第二光路和第一光路是可以互換的，因?yàn)椴⒉挥绊懻麄€(gè)同步環(huán)路的行程。

作為優(yōu)選，所述路徑選擇模塊包括三個(gè)外接端口，分別與所述第二光路、第一光路以及所在用戶端的從激光器相連。

在沒有特殊說明下，本發(fā)明中的連接包括直接相連和間接相連；直接相連可理解為中間不設(shè)置其他部件，間接連接可理解為經(jīng)由至少一個(gè)其他部件相連，例如從激光機(jī)輸出端經(jīng)由可調(diào)光衰減器在與路徑選擇模塊的其中一個(gè)外接端口相連，這里就可以理解為間接相連。

作為優(yōu)選，所述路徑選擇模塊包括依次連接的三個(gè)光纖環(huán)形器，每個(gè)光纖環(huán)形器均具有三個(gè)端口，其中：

第一光纖環(huán)形器的三個(gè)端口分別接從激光器、第二光纖環(huán)形器和第三光纖環(huán)形器；

第二光纖環(huán)形器的三個(gè)端口分別接第一光纖環(huán)形器、同步支路和第三光纖環(huán)形器；

第三光纖環(huán)形器的三個(gè)端口分別接第一光纖環(huán)形器、第二光纖環(huán)形器和公共測(cè)量端。

當(dāng)然為了實(shí)現(xiàn)兩用戶端在同步光路上的切換，還可以有其他光路布置形式，但總的來說，都是為了實(shí)現(xiàn)光信號(hào)行程的一致性。

在編碼方式上，可選的，通過從激光器的內(nèi)調(diào)制進(jìn)行時(shí)間編碼，或在從激光器的輸出端一側(cè)設(shè)置相位調(diào)制器并結(jié)合相位編碼。

作為優(yōu)選，從激光器與可調(diào)光衰減器之間設(shè)有相位調(diào)制器。

本發(fā)明還提供一種MDI-QKD方法，實(shí)施在包括兩用戶端以及公共測(cè)量端的MDI-QKD系統(tǒng)中，包括：

公共測(cè)量端利用主激光器激發(fā)兩用戶端內(nèi)各自的從激光器，并在各用戶端生成編碼后的光信號(hào)發(fā)送至公共測(cè)量端；

公共測(cè)量端接收來自各用戶端的光信號(hào)并進(jìn)行探測(cè)，用以生成量子密鑰。

本發(fā)明中，在公共測(cè)量端接收光信號(hào)并進(jìn)行探測(cè)，以及量子密鑰的生成運(yùn)算可采用現(xiàn)有技術(shù)。優(yōu)選實(shí)施在本發(fā)明所述的MDI-QKD系統(tǒng)。

本發(fā)明在相同的注入鎖定條件下可保證Alice和Bob兩路短脈沖光波長(zhǎng)模式相同，這種波長(zhǎng)模式的內(nèi)部校準(zhǔn)避免了對(duì)外部波長(zhǎng)模式校準(zhǔn)模塊的使用；在從激光器中實(shí)現(xiàn)的脈沖強(qiáng)度內(nèi)調(diào)制避免了對(duì)外部強(qiáng)度調(diào)制模塊的使用，從這兩方面對(duì)MDI-QKD系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡(jiǎn)化。

本發(fā)明的量子態(tài)制備過程為基于光注入鎖定思想使用主從兩個(gè)激光器共同實(shí)現(xiàn)的內(nèi)調(diào)制過程，破壞了特洛伊木馬攻擊的實(shí)現(xiàn)條件，對(duì)于特洛伊木馬攻擊具有本質(zhì)的抵御能力。

本發(fā)明利用路徑選擇模塊構(gòu)造環(huán)形光路，兩用戶光信號(hào)的產(chǎn)生、量子態(tài)的制備、Bell態(tài)測(cè)量都在同一環(huán)路內(nèi)進(jìn)行，自動(dòng)補(bǔ)償了路徑差異對(duì)同步的影響，不再需要復(fù)雜的同步系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)兩路光信號(hào)的同步。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有主從式注入鎖定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中MDI-QKD系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例1中主從激光器編碼示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例1中誘騙態(tài)方案下的主從激光器編碼示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例2中MDI-QKD系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例2中四種量子態(tài)制備過程示意圖；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例3中MDI-QKD系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為本發(fā)明實(shí)施例3中路徑選擇模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9為本發(fā)明實(shí)施例4中MDI-QKD系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：

本發(fā)明是借助注入鎖定的半導(dǎo)體激光器理論，注入鎖定的概念是R.Adler在1946年首次提出，之后K.Kurokawa對(duì)注入鎖定的物理模型和數(shù)學(xué)理論進(jìn)行了解釋。一個(gè)振蕩器被一個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)注入時(shí)，當(dāng)注入的基準(zhǔn)信號(hào)的功率和頻率與振蕩器的本征頻率之間滿足一定的條件時(shí)，注入的基準(zhǔn)信號(hào)使振蕩器發(fā)生受激輻射，受激輻射消耗振蕩器諧振腔內(nèi)載流子使諧振腔內(nèi)光增益達(dá)到飽和，振蕩器的本征激射受到抑制，出射光的頻率變?yōu)槭芗ぽ椛涔獾念l率，即振蕩器的頻率因基準(zhǔn)信號(hào)的注入而重新穩(wěn)定在注入信號(hào)的頻率上，而且振蕩信號(hào)和基準(zhǔn)參考信號(hào)之間的相位之差保持不變，這就是注入鎖定現(xiàn)象。

以半導(dǎo)體為注入對(duì)象的系統(tǒng)分為外腔式注入鎖定和主從式注入鎖定。在主從式注入鎖定方式中，主激光器發(fā)射基準(zhǔn)信號(hào)，從激光器作為被注入的振蕩器。圖1為主從式注入鎖定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，光從主激光器輸出，通過隔離器、偏振控制器PC、可調(diào)光衰減器VOA和光纖環(huán)形器到達(dá)從激光器。當(dāng)主從激光器的頻率失諧在鎖定帶寬內(nèi)時(shí)，從激光器處于鎖定態(tài)，即從激光器輸出頻率與從激光器一致。鎖定帶寬的表達(dá)式為

其中Δω＝ω_m-ω_s為主從激光器的角頻率之差(ω_m和ω_s分別為主激光器和自由運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)從激光器的角頻率)，f_d為從激光器的模式間隔，I_i為從激光器的光注入功率，I為鎖定后從激光器的輸出功率，α為譜線增寬因子。在給定從激光器的偏置電流和溫度固定時(shí)，f_d、α值是不變的，調(diào)節(jié)主從激光器的光功率比值即可調(diào)整注入鎖定范圍。即以簡(jiǎn)單的方式、在很大的頻率失諧范圍內(nèi)可實(shí)現(xiàn)從激光器的注入鎖定。

在本發(fā)明的MDI-QKD系統(tǒng)中，將Alice和Bob兩路的激光器設(shè)置為兩個(gè)相同的從激光器，當(dāng)使用放置在Charlie端的一個(gè)主激光器同時(shí)對(duì)這兩個(gè)從激光器進(jìn)行同樣的注入鎖定時(shí)，二者將輸出相同頻率的光，此相同頻率等于主激光器的輸出頻率。這種波長(zhǎng)模式校準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)方式非常簡(jiǎn)單，避免對(duì)外部波長(zhǎng)校準(zhǔn)模塊的使用，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制。

QKD系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)光脈沖強(qiáng)度調(diào)制的一般方式為在光源外部使用強(qiáng)度調(diào)制器，常用強(qiáng)度調(diào)制器為基于LiNbO3晶體的Mach-Zehnder電光調(diào)制器。強(qiáng)度調(diào)制器只能接收脈沖電壓的調(diào)制，且需要較高的半波電壓，因此需要復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)控制電路。且Mach-Zehnder電光調(diào)制器具有周期性的傳輸函數(shù)，為避免信號(hào)失真，必須使調(diào)制器工作在最佳偏置點(diǎn)，即在QKD系統(tǒng)的應(yīng)用中需時(shí)刻控制強(qiáng)度調(diào)制器的偏置點(diǎn)。但由于受時(shí)間漂移、環(huán)境溫度、系統(tǒng)激光器功率即光纖插入和耦合損耗等諸多因素影響，實(shí)際很難控制偏置點(diǎn)穩(wěn)定，導(dǎo)致強(qiáng)度調(diào)制器輸出信號(hào)劣化。

在本發(fā)明的MDI-QKD系統(tǒng)中，在主從式注入鎖定的理論基礎(chǔ)上調(diào)整主從激光器的觸發(fā)周期，使主從激光器發(fā)射均勻脈沖序列，并且主激光器發(fā)出的每個(gè)長(zhǎng)脈沖在周期上都包含從激光器輸出的一對(duì)短脈沖，主從激光器相互獨(dú)立工作時(shí)，兩種脈沖序列中的任意相鄰脈沖都具有隨機(jī)相位關(guān)系，而當(dāng)長(zhǎng)脈沖注入后激發(fā)的為一對(duì)相位差為0的不可分辨的短脈沖。此理論依據(jù)可參考文獻(xiàn)PHYSICAL REVIEW X 6,031044(2016)。這提高了Bell態(tài)測(cè)量時(shí)Alice和Bob兩路量子態(tài)在編解碼基矢外其他自由度上的不可分辨性，有利于實(shí)施獨(dú)特的編碼方案。并且，直接調(diào)節(jié)從激光器的觸發(fā)電信號(hào)可以調(diào)制短脈沖的強(qiáng)度，設(shè)置不同強(qiáng)度的觸發(fā)電信號(hào)以對(duì)應(yīng)不同強(qiáng)度的短脈沖輸出，通過這種方式還實(shí)現(xiàn)了誘騙態(tài)信號(hào)的產(chǎn)生。這種光強(qiáng)的內(nèi)調(diào)制方式結(jié)構(gòu)和操作方法都比較簡(jiǎn)單，同樣是對(duì)整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制的簡(jiǎn)化。

圖2為本實(shí)施例利用主從式注入鎖定光源的MDI-QKD系統(tǒng)示意圖。包括用戶端Alice、用戶端Bob和公共測(cè)量端Charlie，Alice和Bob到Charlie的兩路具有相同的光路結(jié)構(gòu)，分束器3和單光子探測(cè)器5、單光子探測(cè)器6組成了Bell態(tài)測(cè)量設(shè)備。設(shè)置Alice和Bob內(nèi)激光器LD1和LD2為從激光器，Charlie內(nèi)激光器LD3為主激光器。系統(tǒng)通過同步模塊(圖2中未畫出)控制兩個(gè)從激光器LD1和LD2激發(fā)的短脈沖對(duì)可同時(shí)到達(dá)分束器3進(jìn)行干涉，這兩者激發(fā)的短脈沖對(duì)來自主激光器LD3同一個(gè)長(zhǎng)脈沖的光注入。

選取時(shí)間編碼的QKD方案，從激光器不僅作為系統(tǒng)傳輸信息的光源，也作為系統(tǒng)的時(shí)間編碼模塊，調(diào)制從激光器的觸發(fā)電信號(hào)，使用短脈沖對(duì)中兩短脈沖的三種強(qiáng)度分布態(tài)來編碼信息，分別為Z基矢下兩種強(qiáng)度分布態(tài)|01>、|10>，對(duì)應(yīng)比特值0、1；X基矢下的一種強(qiáng)度分布態(tài)對(duì)應(yīng)比特值0，三種強(qiáng)度分布態(tài)的制備比率為P_0Z:P_1Z:P_0X,其中P_0Z+P_1Z+P_0X＝1。編碼時(shí)基矢選擇與比特值的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示，即對(duì)于隨機(jī)比特值0，系統(tǒng)以P_0Z:P_0X的概率比選擇Z基矢或X基矢編碼；對(duì)于隨機(jī)比特值1，系統(tǒng)使用Z基矢編碼。

表1編碼時(shí)基矢選擇與比特值的對(duì)應(yīng)關(guān)系

主從激光器進(jìn)行時(shí)間編碼的量子態(tài)制備過程參照?qǐng)D3所示。圖3的(a)-(b)部分分別為主激光器觸發(fā)電信號(hào)、從激光器觸發(fā)電信號(hào)、從激光器發(fā)射的時(shí)間編碼光脈沖。

時(shí)間編碼的量子態(tài)制備的具體過程描述如下:在上述各量子態(tài)制備的過程中，周期電信號(hào)持續(xù)觸發(fā)主激光器使其發(fā)射均勻的長(zhǎng)脈沖，長(zhǎng)脈沖注入從激光器，從激光器則選擇不同的觸發(fā)電信號(hào)狀態(tài)，以生成不同的短脈沖對(duì)強(qiáng)度分布態(tài)。

在Z基矢下，比特值0代表主激光器長(zhǎng)脈沖在從激光器內(nèi)激發(fā)的一對(duì)短脈沖中，時(shí)序位置靠前的如a”位置短脈沖光強(qiáng)為0，靠后的如b”位置短脈沖光強(qiáng)為調(diào)制值，調(diào)節(jié)從激光器的觸發(fā)電信號(hào)，使對(duì)應(yīng)時(shí)序位置a'、b'上的觸發(fā)電信號(hào)分別為0和預(yù)設(shè)值，即可以實(shí)現(xiàn)此Z基矢對(duì)比特值0的編碼；

在Z基矢下，比特值1代表主激光器長(zhǎng)脈沖在從激光器內(nèi)激發(fā)的一對(duì)短脈沖中，時(shí)序位置靠前的如c”位置短脈沖光強(qiáng)為調(diào)制值，靠后的如d”位置短脈沖光強(qiáng)為0，調(diào)節(jié)從激光器的觸發(fā)電信號(hào)，使對(duì)應(yīng)時(shí)序位置c'、d'上的觸發(fā)電信號(hào)分別為預(yù)設(shè)值和0，即可以實(shí)現(xiàn)此Z基矢對(duì)比特值1的編碼；

在X基矢下，比特值0代表主激光器長(zhǎng)脈沖在從激光器內(nèi)激發(fā)的一對(duì)短脈沖中，時(shí)序位置靠前的如e”位置短脈沖光強(qiáng)為調(diào)制值，靠后的如f”位置短脈沖光強(qiáng)也為調(diào)制值，調(diào)節(jié)從激光器的觸發(fā)電信號(hào)，使對(duì)應(yīng)時(shí)序位置e'、f'上的觸發(fā)電信號(hào)都為預(yù)設(shè)值,即可以實(shí)現(xiàn)此X基矢對(duì)比特值0的編碼。

圖3的(c)部分三個(gè)短脈沖對(duì)分別為用戶端三種量子態(tài)|01>、|10>、的制備結(jié)果。從激光器發(fā)射的時(shí)間編碼光脈沖相位關(guān)系如圖3的(c)部分所示，兩種基矢編碼的短脈沖對(duì)與相鄰短脈沖具有隨機(jī)的相位關(guān)系，X基矢編碼的短脈沖對(duì)中兩短脈沖相位相同。

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)量子密鑰分發(fā)具體過程如下：首先在Charlie端，主激光器發(fā)射一個(gè)長(zhǎng)脈沖，經(jīng)過光纖環(huán)形器4到達(dá)分束比為50:50的分束器3，被分束器3分為相同的兩份，這兩個(gè)長(zhǎng)脈沖分別從分束器3兩個(gè)端口輸出，經(jīng)偏振控制單元PC后離開Charlie進(jìn)入量子信道1和量子信道2，設(shè)計(jì)偏振控制單元PC僅控制從Alice和Bob到Charlie傳輸方向的光偏振態(tài)，因此此過程偏振控制單元PC不工作。

長(zhǎng)脈沖經(jīng)量子信道1和量子信道2進(jìn)入Alice和Bob，在其內(nèi)部經(jīng)可調(diào)光衰減器VOA后注入從激光器LD1和LD2，設(shè)計(jì)可調(diào)光衰減器VOA僅調(diào)節(jié)從Alice和Bob到Charlie傳輸方向的光強(qiáng)度，因此此過程可調(diào)光衰減器VOA不工作。

Alice和Bob兩個(gè)用戶端內(nèi)隨機(jī)數(shù)發(fā)生器(圖2中未畫出)各生成一串隨機(jī)比特值，在長(zhǎng)脈沖注入從激光器LD1和LD2時(shí)，Alice和Bob分別調(diào)制從激光器LD1和LD2的觸發(fā)電信號(hào)，根據(jù)表1的概率分布制備與比特值對(duì)應(yīng)的短脈沖對(duì)強(qiáng)度分布態(tài)。光注入激發(fā)并強(qiáng)度調(diào)制的一對(duì)前后短脈沖由從激光器LD1出射進(jìn)入可調(diào)光衰減器VOA，而光注入激發(fā)并強(qiáng)度調(diào)制的另一對(duì)前后短脈沖由從激光器LD2出射進(jìn)入可調(diào)光衰減器VOA，兩路短脈沖被可調(diào)光衰減器VOA衰減為單光子水平，之后離開Alice和Bob分別由量子信道1和量子信道2傳輸至Charlie。

在Charlie內(nèi)，兩路短脈沖信號(hào)被偏振控制單元PC統(tǒng)一偏振態(tài)后發(fā)送至分束器3的兩個(gè)端口并發(fā)生干涉。

時(shí)間模式、偏振模式和光譜模式相同的兩路短脈沖在分束器3內(nèi)進(jìn)行干涉。上下兩路的兩對(duì)短脈沖中，時(shí)序上靠前的短脈沖同時(shí)到達(dá)分束器3，時(shí)序上靠后的短脈沖同時(shí)到達(dá)分束器3，相遇后的結(jié)果進(jìn)入單光子探測(cè)器5和/或經(jīng)過光纖環(huán)形器4進(jìn)入單光子探測(cè)器6，引起單光子探測(cè)器的不同響應(yīng)。

在本發(fā)明中，時(shí)間編碼的MDIQKD方案的Bell態(tài)后選擇可以是：Bell態(tài)測(cè)量設(shè)備中的2個(gè)單光子探測(cè)器分別對(duì)探測(cè)的時(shí)間位置進(jìn)行判斷，如果2個(gè)單光子探測(cè)器都有響應(yīng)，且在同一個(gè)時(shí)間周期如短脈沖對(duì)的周期，且一個(gè)探測(cè)是在時(shí)間位置0，一個(gè)探測(cè)是在時(shí)間位置1(位置0和位置1的時(shí)間差對(duì)應(yīng)短脈沖對(duì)內(nèi)兩短脈沖的時(shí)間間隔如b”-a”)，則認(rèn)為此時(shí)為一個(gè)合法的貝爾態(tài)。

表2誘騙態(tài)方案參數(shù)表

上述時(shí)間編碼的量子態(tài)制備過程沒有結(jié)合誘騙態(tài)思想，為了使系統(tǒng)能夠同時(shí)抵御竊聽者對(duì)不完美光源的漏洞攻擊，往往將MDI-QKD和誘騙態(tài)思想結(jié)合使用。此時(shí)從激光器LD1和LD2在對(duì)短脈沖對(duì)進(jìn)行時(shí)間編碼的同時(shí)，還需要進(jìn)一步調(diào)制觸發(fā)電信號(hào)，使發(fā)射的短脈沖對(duì)具有不同的強(qiáng)度：信號(hào)態(tài)、誘騙態(tài)和真空態(tài)，并設(shè)置三種態(tài)的時(shí)間占空比。

以如下誘騙態(tài)方案為例說明使用本發(fā)明從激光器調(diào)制產(chǎn)生各態(tài)的過程：

對(duì)Z基矢編碼和X基矢編碼下的兩種短脈沖設(shè)置相同的信號(hào)態(tài)和誘騙態(tài)，此外制備真空態(tài)脈沖，不使用任何基矢編碼，如表2所示令經(jīng)可調(diào)光衰減器VOA衰減后信號(hào)態(tài)、誘騙態(tài)和真空態(tài)的短脈沖對(duì)平均光子數(shù)分別為μ、ν和0，三種強(qiáng)度的短脈沖對(duì)時(shí)間占空比為P_μ:P_v:P₀，其中P_μ+P_v+P₀＝1，此誘騙態(tài)方案選擇Z基矢下編解碼的量子態(tài)用于生成量子密鑰。

按照前述制備短脈沖對(duì)強(qiáng)度分布態(tài)各量子態(tài)的方式實(shí)施誘騙態(tài)方案，周期電信號(hào)持續(xù)觸發(fā)主激光器使其發(fā)射均勻的長(zhǎng)脈沖，設(shè)置Z基矢編碼下信號(hào)態(tài)短脈沖對(duì)、誘騙態(tài)短脈沖對(duì)的從激光器觸發(fā)電信號(hào)對(duì)應(yīng)的兩種預(yù)設(shè)值U_μZ、U_vZ，使在預(yù)設(shè)值電信號(hào)U_μZ的觸發(fā)下，從激光器發(fā)射的信號(hào)態(tài)短脈沖對(duì)經(jīng)可調(diào)光衰減器VOA可衰減至μ水平，在預(yù)設(shè)值電信號(hào)U_vZ的觸發(fā)下，從激光器發(fā)射的誘騙態(tài)短脈沖對(duì)經(jīng)可調(diào)光衰減器VOA可衰減至v水平；同時(shí)設(shè)置X基矢編碼下信號(hào)態(tài)、誘騙態(tài)的從激光器觸發(fā)電信號(hào)對(duì)應(yīng)的兩預(yù)設(shè)值U_μX、U_vX，使在預(yù)設(shè)值電信號(hào)U_μX的觸發(fā)下，從激光器發(fā)射的信號(hào)態(tài)短脈沖對(duì)經(jīng)可調(diào)光衰減器VOA同樣可衰減至μ水平，在預(yù)設(shè)值電信號(hào)U_vX的觸發(fā)下，從激光器發(fā)射的誘騙態(tài)短脈沖對(duì)經(jīng)可調(diào)光衰減器VOA同樣可衰減至v水平；真空態(tài)時(shí)，主激光器正常工作而從激光器不工作，短脈沖對(duì)強(qiáng)度為0。

在圖3主從激光器的編碼的基礎(chǔ)上，添加編碼示例并對(duì)從激光器的觸發(fā)電信號(hào)添加上述各預(yù)設(shè)值的調(diào)制來說明誘騙態(tài)的實(shí)施過程，得到的誘騙態(tài)方案下主從激光器進(jìn)行時(shí)間編碼的量子態(tài)制備過程如圖4所示。圖4的(a)-(b)部分分別為誘騙態(tài)方案下主激光器觸發(fā)電信號(hào)、誘騙態(tài)方案下從激光器觸發(fā)電信號(hào)、誘騙態(tài)方案下從激光器發(fā)射的時(shí)間編碼光脈沖。

誘騙態(tài)方案下時(shí)間編碼的量子態(tài)制備的具體過程描述如下：

在誘騙態(tài)方案下各量子態(tài)制備的過程中，周期電信號(hào)持續(xù)觸發(fā)主激光器使其發(fā)射均勻的長(zhǎng)脈沖，長(zhǎng)脈沖注入從激光器，從激光器則選擇不同的觸發(fā)電信號(hào)狀態(tài)，以生成不同的短脈沖對(duì)強(qiáng)度分布態(tài)，在誘騙態(tài)方案下Z基矢量子態(tài)制備中，當(dāng)進(jìn)行信號(hào)態(tài)調(diào)制時(shí)，從激光器在發(fā)光的時(shí)序位置例如圖4的(b)部分中時(shí)序位置b'上具有U_μZ的觸發(fā)電信號(hào)，在不發(fā)光的時(shí)序位置例如圖4的(b)部分中時(shí)序位置a'上觸發(fā)電信號(hào)仍為0；

當(dāng)進(jìn)行誘騙態(tài)的調(diào)制時(shí)，從激光器在發(fā)光的時(shí)序位置例如圖4的(b)部分中時(shí)序位置c'上具有U_vZ的觸發(fā)電信號(hào)，在不發(fā)光的時(shí)序位置例如圖4的(b)部分中時(shí)序位置d'上觸發(fā)電信號(hào)仍為0。

誘騙態(tài)方案下Z基矢編碼的量子態(tài)制備中，短脈沖對(duì)強(qiáng)度分布態(tài)|01>的信號(hào)態(tài)、短脈沖對(duì)強(qiáng)度分布態(tài)|10>的誘騙態(tài)制備結(jié)果如圖4的(c)部分中a”、b”和c”、d”時(shí)序位置上兩短脈沖對(duì)所示，兩種量子態(tài)其他誘騙態(tài)方案各態(tài)的制備思想如本段所述，此處不再贅述。

在誘騙態(tài)方案下X基矢量子態(tài)制備中，當(dāng)進(jìn)行信號(hào)態(tài)調(diào)制時(shí)，從激光器在短脈沖對(duì)兩時(shí)序位置例如圖4的(b)部分中時(shí)序位置e'、f'上具有相同的U_μX的觸發(fā)電信號(hào)；當(dāng)進(jìn)行誘騙態(tài)的調(diào)制時(shí)，從激光器在短脈沖對(duì)兩時(shí)序位置例如圖4的(b)部分中時(shí)序位置g'、h'上具有相同的U_vX的觸發(fā)電信號(hào)。誘騙態(tài)方案下X基矢編碼的量子態(tài)制備中，短脈沖對(duì)強(qiáng)度分布態(tài)的信號(hào)態(tài)、誘騙態(tài)制備結(jié)果如圖4的(c)部分中e”、f”和g”、h”時(shí)序位置上的兩短脈沖對(duì)所示。

在誘騙態(tài)方案的真空態(tài)制備中，主激光器正常工作，從激光器在短脈沖對(duì)兩時(shí)序位置例如圖4的(b)部分中時(shí)序位置i'、j'上觸發(fā)電信號(hào)都為0，真空態(tài)的制備結(jié)果如圖4的(c)部分中i”、j”時(shí)序位置上的強(qiáng)度為0的短脈沖對(duì)所示。

在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)量子密鑰分發(fā)具體過程中，來自Charlie的兩路長(zhǎng)脈沖經(jīng)前述同樣路徑后分別注入Alice和Bob內(nèi)的從激光器LD1和LD2，兩個(gè)從激光器進(jìn)行時(shí)間編碼和誘騙態(tài)方案的疊加調(diào)制，Alice和Bob時(shí)間編碼過程與前述相同，以P_0Z:P_1Z:P_0X的概率制備|01>、|10>、三種短脈沖對(duì)強(qiáng)度分布態(tài)，同時(shí)采用誘騙態(tài)方案，調(diào)制從激光器的觸發(fā)電信號(hào)，根據(jù)表2的參數(shù)設(shè)置以P_μ:P_v:P₀的概率對(duì)各短脈沖對(duì)強(qiáng)度分布態(tài)中的發(fā)光短脈沖進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制，誘騙態(tài)方案下時(shí)間編碼的短脈沖對(duì)制備結(jié)果如圖4的(c)部分所示例。從激光器LD1和LD2激發(fā)的短脈沖對(duì)進(jìn)入可調(diào)光衰減器VOA，時(shí)間編碼的信號(hào)態(tài)、誘騙態(tài)、真空態(tài)短脈沖對(duì)分別被衰減至μ、ν和0的單光子水平，之后離開Alice和Bob分別由量子信道1和2傳輸至Charlie。在Charlie內(nèi)短脈沖對(duì)的經(jīng)歷與前述相同，此處不再復(fù)述。

本實(shí)施例的誘騙態(tài)方案不局限于此，此實(shí)施例僅為說明誘騙態(tài)方案中脈沖強(qiáng)度的調(diào)制方式，利用此方式可實(shí)施其他種類成碼率更高、安全性更高的誘騙態(tài)方案。

實(shí)施例2：

實(shí)施例1采用三態(tài)的MDI-QKD協(xié)議，本實(shí)施例中將四態(tài)的相位-時(shí)間編碼應(yīng)用到MDI-QKD協(xié)議中，具體如下：

本實(shí)施例的MDI-QKD系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(如圖5所示)與實(shí)施例1基本相同，不同之處在于用戶端從激光器LD1/LD2和可調(diào)光衰減器VOA之間添加了相位調(diào)制器PM，用于相位編碼量子態(tài)的制備。其他器件實(shí)現(xiàn)的功能與實(shí)施例1相同。

本實(shí)施例的MDI-QKD系統(tǒng)制備的四種量子態(tài)包含實(shí)施例1中的|01>、|10>兩種短脈沖對(duì)強(qiáng)度分布態(tài)，其與比特值0、1的對(duì)應(yīng)關(guān)系與實(shí)施例1相同，制備過程也與實(shí)施例1相同；另還包含|0>、|π>兩種短脈沖對(duì)內(nèi)部相位差的量子態(tài)，|0>代表短脈沖對(duì)中兩短脈沖相位差為0，|π>代表短脈沖對(duì)中兩短脈沖相位差為π，分別與比特值0、1對(duì)應(yīng)，這兩種量子態(tài)是相位調(diào)制器PM對(duì)實(shí)施例1中從激光器生成的Δφ＝0的短脈沖對(duì)進(jìn)行外部相位調(diào)制的結(jié)果。

本實(shí)施例設(shè)置上述兩種短脈沖對(duì)強(qiáng)度分布態(tài)為Z基矢編碼(時(shí)間編碼)下的量子態(tài)，設(shè)置上述兩種短脈沖對(duì)內(nèi)部相位差的態(tài)為X基矢編碼(相位編碼)下的量子態(tài)。由上面描述可知，Z基矢編碼發(fā)生在從激光器LD1/LD2內(nèi)，X基矢編碼發(fā)生相位調(diào)制器PM處?？墒褂闷胶饣阜桨富蚍瞧胶饣阜桨笇?duì)編碼時(shí)兩種基矢的選擇概率P_Z和P_X進(jìn)行設(shè)置(P_Z+P_X＝1)，編碼時(shí)基矢選擇與量子態(tài)的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表3所示。

表3編碼時(shí)基矢選擇與所制備量子態(tài)的對(duì)應(yīng)關(guān)系

本實(shí)施例中四種量子態(tài)制備過程參照?qǐng)D6所示。圖6的(a)-(d)部分分別為主激光器觸發(fā)電信號(hào)、從激光器觸發(fā)電信號(hào)、從激光器發(fā)射的部分Z基矢編碼后的光脈沖、相位調(diào)制器PM進(jìn)行部分X基矢編碼后的光脈沖，圖6的(d)部分同樣展示了用戶端四種量子態(tài)的制備結(jié)果。

本實(shí)施例的量子態(tài)制備的具體過程描述如下：

周期電信號(hào)持續(xù)觸發(fā)主激光器使其發(fā)射均勻的長(zhǎng)脈沖，長(zhǎng)脈沖注入從激光器，從激光器則選擇不同的觸發(fā)電信號(hào)狀態(tài)，以進(jìn)行Z基矢編碼生成不同短脈沖對(duì)強(qiáng)度分布態(tài)，Z基矢編碼過程、結(jié)果與實(shí)施例1相同，結(jié)果如圖6的(c)部分中兩短脈沖對(duì)a”、b”和c”、d”所示；或不進(jìn)行任何基矢編碼只生成實(shí)施例1所述Δφ＝0的短脈沖對(duì)，此過程、結(jié)果與實(shí)施1相同，結(jié)果如6的(c)部分中兩短脈沖對(duì)e”、f”和g”、h”所示。

在X基矢編碼過程，相位調(diào)制器PM受系統(tǒng)控制，不調(diào)制Z基矢編碼后的短脈沖對(duì)，如圖6的(d)部分中兩短脈沖對(duì)a₁、b₁和c₁、d₁所示；對(duì)經(jīng)過的Δφ＝0的短脈沖對(duì)進(jìn)行相位調(diào)制，制備與隨機(jī)比特值對(duì)應(yīng)的|0>或|π>短脈沖對(duì)內(nèi)部相位差的量子態(tài)，如圖6的(d)部分中兩短脈沖對(duì)e₁、f₁和g₁、h₁所示。圖6的(d)部分四個(gè)短脈沖對(duì)分別為用戶端四種量子態(tài)|01>、|10>、|0>、|π>的制備結(jié)果。Z、X兩種基矢編碼的短脈沖對(duì)與相鄰短脈沖具有隨機(jī)的相位關(guān)系。

在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)量子密鑰分發(fā)的具體過程中，主激光器LD3發(fā)射的長(zhǎng)脈沖經(jīng)過與實(shí)施例1相同的過程注入Alice和Bob的從激光器LD1和LD2。Alice和Bob兩個(gè)用戶端內(nèi)隨機(jī)數(shù)發(fā)生器(圖5中未畫出)各生成一串隨機(jī)比特值，在長(zhǎng)脈沖注入從激光器LD1和LD2時(shí)，Alice和Bob根據(jù)表3的概率分布選擇Z基矢編碼，否則根據(jù)表3中X基矢的選擇概率，先制備好實(shí)施例1所述Δφ＝0的短脈沖對(duì)。光注入激發(fā)并Z基矢編碼或不經(jīng)編碼的一對(duì)前后短脈沖由從激光器LD1和LD2出射進(jìn)入相位調(diào)制器PM，相位調(diào)制器PM受系統(tǒng)控制進(jìn)行X基矢編碼，經(jīng)過Z基矢編碼和X基矢編碼的短脈沖對(duì)進(jìn)入可調(diào)光衰減器VOA，被衰減為單光子水平，之后離開Alice和Bob并分別由量子信道1和量子信道2傳輸至Charlie。

在Charlie內(nèi)，Alice和Bob兩路短脈沖對(duì)經(jīng)歷了與實(shí)施1相同的過程。Bell態(tài)后選擇也與實(shí)施例1相同。此處不再復(fù)述。

本實(shí)施例的MDI-QKD系統(tǒng)誘騙態(tài)方案調(diào)制方法與實(shí)施例1基本相同，其中|01>、|10>短脈沖對(duì)強(qiáng)度分布態(tài)，即Z基矢編碼的短脈沖對(duì)，其誘騙態(tài)方案的調(diào)制方法與實(shí)施例1中Z基矢編碼的短脈沖對(duì)相同；|0>、|π>短脈沖對(duì)內(nèi)部相位差的量子態(tài)，即X基矢編碼的短脈沖對(duì)，其誘騙態(tài)方案的調(diào)制方法與實(shí)施例1中X基矢編碼的短脈沖對(duì)相同。本實(shí)施例仍優(yōu)選Z基矢下編解碼的量子態(tài)用于生成量子密鑰，并根據(jù)成碼率公式優(yōu)化表2中的各參數(shù)取值。

實(shí)施例3：

實(shí)施例1中系統(tǒng)通過同步模塊(圖2中未畫出)控制兩個(gè)從激光器LD1和LD2激發(fā)的短脈沖對(duì)可同時(shí)到達(dá)分束器3進(jìn)行干涉，本實(shí)施例給出了此同步模塊的示例，如圖7所示。因?yàn)锳lice和Bob兩路光信號(hào)的同步主要受制于兩長(zhǎng)距離的分離量子信道1和量子信道2的差異影響，而構(gòu)造環(huán)形路徑即同步環(huán)路，使用戶端Alice的光信號(hào)經(jīng)過量子信道1和2、用戶端Bob的光信號(hào)同樣經(jīng)過量子信道1和量子信道2，則可以擺脫此路徑差異對(duì)同步造成的影響。

如圖7所示，在用戶端Alice和Bob內(nèi)分別添加路徑選擇模塊A和路徑選擇模塊B，用于將注入光與光注入后的短脈沖兩者的行走路徑相連構(gòu)造環(huán)形路徑。在Charlie內(nèi)主激光器LD3發(fā)射長(zhǎng)脈沖，經(jīng)過環(huán)形器4到達(dá)分束器3，被分束器3均分為兩份：

Alice光信號(hào)的環(huán)形路徑：一路經(jīng)偏振控制單元PC2(此時(shí)不工作)、量子信道2后進(jìn)入用戶端Bob，此注入光依次經(jīng)用戶端Bob路徑選擇模塊B的B1端口、B2端口和用戶端Alice路徑選擇模塊A的A2端口、A3端口及可調(diào)光衰減器VOA(此時(shí)不工作)后注入用戶端Alice的從激光器LD1。Alice內(nèi)從激光器LD1制備量子態(tài)并發(fā)射，量子態(tài)中短脈沖被可調(diào)光衰減器VOA衰減為單光子水平，經(jīng)路徑選擇模塊A的A3端口和A1端口的進(jìn)入量子信道1，并進(jìn)入Charlie，在偏振控制單元PC1處被調(diào)整偏振態(tài)，然后傳輸至分束器3。

Bob光信號(hào)的環(huán)形路徑：LD3發(fā)射的長(zhǎng)脈沖被分束器3均分后的另一路，經(jīng)偏振控制單元PC1(此時(shí)不工作)、量子信道1后進(jìn)入用戶端Alice，此注入光依次經(jīng)用戶端Alice路徑選擇模塊A的A1端口、A2端口和用戶端Bob路徑選擇模塊B的B2端口、B3端口及可調(diào)光衰減器VOA(此時(shí)不工作)后注入用戶端Bob的從激光器LD2。Bob內(nèi)從激光器LD2制備量子態(tài)并發(fā)射，量子態(tài)中短脈沖被可調(diào)光衰減器VOA衰減為單光子水平，經(jīng)路徑選擇模塊B的B3端口和B1端口的進(jìn)入量子信道2，并進(jìn)入Charlie，在偏振控制單元PC2處被調(diào)整偏振態(tài)，然后傳輸至分束器3。

兩路光信號(hào)走過相同的環(huán)形路徑兩路量子態(tài)在分束器3相遇，然后進(jìn)行Bell態(tài)的測(cè)量。與兩長(zhǎng)距量子信道1和量子信道2間的差異相比，此處可忽略光信號(hào)在Alice和Bob內(nèi)部行走路徑差異造成時(shí)間差影響。

圖8為本實(shí)施例的優(yōu)選方案，即采用光纖環(huán)形器構(gòu)造路徑選擇模塊。在本優(yōu)選方案中，路徑選擇模塊A中的三個(gè)光纖環(huán)形器(光纖環(huán)形器9、光纖環(huán)形器10和光纖環(huán)形器11)和路徑選擇模塊B中的三個(gè)光纖環(huán)形器(光纖環(huán)形器12、光纖環(huán)形器13和光纖環(huán)形器14)都具有三個(gè)端口P1、P2和P3，對(duì)于此六個(gè)光纖環(huán)形器，光在其中的行走方向都為：P1→P2、P2→P3兩種。

它們的連接方式為：在路徑選擇模塊A中，光纖環(huán)形器9的P1端口、光纖環(huán)形器11的P3端口分別與光纖環(huán)形器10的P3端口、P1端口連接，光纖環(huán)形器9的P3端口與光纖環(huán)形器11的P1端口相連，光纖環(huán)形器9的P2端口、光纖環(huán)形器11的P2端口分別作為在路徑選擇模塊A的A3端口、A1端口，光纖環(huán)形器10的P2端口作為路徑選擇模塊A的A2端口；路徑選擇模塊B中，光纖環(huán)形器12的P1端口、光纖環(huán)形器14的P3端口分別與光纖環(huán)形器13的P3端口、P1端口連接，光纖環(huán)形器12的P3端口與光纖環(huán)形器14的P1端口相連，光纖環(huán)形器12的P2端口、光纖環(huán)形器14的P2端口分別作為在路徑選擇模塊B的B3端口、B1端口，光纖環(huán)形器13的P2端口作為路徑選擇模塊B的B2端口；光纖環(huán)形器13的P2端口與光纖環(huán)形器10的P2端口相連。根據(jù)光纖環(huán)形器9-14的P1→P2、P2→P3的行走方向，即可以實(shí)現(xiàn)本實(shí)施所述的Alice光信號(hào)的環(huán)形路徑和Bob光信號(hào)的環(huán)形路徑。

為了減小光纖環(huán)形器插入損耗等對(duì)單光子水平光信號(hào)的影響，并簡(jiǎn)化可調(diào)光衰減器VOA的調(diào)制過程，可將Alice和Bob兩路的可調(diào)光衰減器VOA分別放置在光纖環(huán)形器9的P3端口和光纖環(huán)形器11的P1端口間的連接線上、光纖環(huán)形器12的P3端口和光纖環(huán)形器14的P1端口間的連接線上，使僅有用戶端向公共測(cè)量端Charlie傳輸?shù)墓庑盘?hào)經(jīng)過可調(diào)光衰減器VOA，且光信號(hào)經(jīng)可調(diào)光衰減器VOA衰減為單光子水平后經(jīng)過更少的光纖環(huán)形器。

實(shí)施例4：

實(shí)施例3的同步方案思想同樣適用于本發(fā)明的實(shí)施例2，實(shí)施例2的同步方案，如圖9所示，實(shí)施例3的同步方案的優(yōu)選方案同樣適用于本實(shí)施例。圖9中路徑選擇模塊A和路徑選擇模塊B的結(jié)構(gòu)、連接方式和工作過程與實(shí)施例3種所述相同，此處不再復(fù)述。

為了減小光纖環(huán)形器插入損耗等對(duì)單光子水平光信號(hào)的影響，并簡(jiǎn)化相位調(diào)制器PM、可調(diào)光衰減器VOA的調(diào)制過程，可將Alice和Bob兩路的相位調(diào)制器PM和可調(diào)光衰減器VOA一起分別放置在光纖環(huán)形器9的P3端口和光纖環(huán)形器11的P1端口間的連接線上、光纖環(huán)形器12的P3端口和光纖環(huán)形器14的P1端口間的連接線上，使僅有用戶端向公共測(cè)量端Charlie傳輸?shù)墓庑盘?hào)經(jīng)過相位調(diào)制器PM、可調(diào)光衰減器VOA，且光信號(hào)經(jīng)可調(diào)光衰減器VOA衰減為單光子水平后經(jīng)過更少的光纖環(huán)形器。

以上公開的僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例，但是本發(fā)明并非局限于此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。顯然這些改動(dòng)和變型均應(yīng)屬于本發(fā)明要求的保護(hù)范圍保護(hù)內(nèi)。此外，盡管本說明書中使用了一些特定的術(shù)語，但這些術(shù)語只是為了方便說明，并不對(duì)本發(fā)明構(gòu)成任何特殊限制。