基于法拉第-麦克尔逊干涉检测的低误码差分相位编码实验系统

魏正军; 万伟; 王金东; 廖常俊; 刘颂豪

doi:10.7498/aps.60.094216.2

摘要

采用法拉第-麦克尔逊干涉仪检测的方法实现了基于强度调制的弱相干光脉冲的差分相位编码系统.系统针对各个可能引起误码的关键环节提出并采用了相关物理方案来减小系统的误码,采用可以产生高精度任意频率的小数分频的锁相环时钟发生器为系统提供时钟信号,减小了由于通信双方时域不匹配而带来的误码;采用单光子计数水平下高精度实时测量行波相位调制器半波电压的新方法减小了由于不准确加载相位电压引起的误码;采用单光子计数水平下的法拉第-麦克尔逊干涉仪解决自动补偿单光子脉冲干涉的偏振匹配问题,提高了系统的干涉对比度,实验结果实现了5

关键词:

Abstract

A new differential phase shift quantum key distribution system based on the intensity modulator with Faraday-Michelson interferometer is demonstrated experimentally. Some technologies are employed to improve the performance of the quantum key distribution system. These technologies include the clock generation technology of arbitrary frequency by a small scale frequency-split and phase locked loop scheme, the new method to acquire the half-wave voltage of the phase modulator with a high accuracy in the condition of the single photon count, and the auto-compensated polarization technology by the Faraday-Michelson interferometer. Finally, the quantum key distribution is achieved with a quantum bit error rate of 3.9% when the transmission distance reaches 50 km.

Keywords:

作者及机构信息

(1)广东广播电视大学,广州 510091; (2)华南师范大学信息光电子科技学院光子信息技术广东省高校重点实验室,广州 510006

基金项目: 广州市科技支撑计划(批准号:2008Z1-D501),广东省工业攻关项目(批准号:2007B010400009)和中国科学院量子信息技术重点实验室开放课题资助的课题.

Authors and contacts

(1)Guangdong Radio&TV University,Guangzhou 510091,China; (2)Laboratory of Photonic Information Technology SIPSE & LQIT, South China Normal University, Guangzhou 510006, China

参考文献

[1]	Wiesner S 1983 SIGACT News 15 78
[2]	Bennett C H, Brassard G 1984 Proceedings of the IEEE International Conference on Computers, Systems, and Signal Processing, Bangalore, India,New York: IEEE 1984 p175
[3]
[4]
[5]	Hwang W Y 2003 Phys. Rev. Lett. 91 057901
[6]
[7]	Tobias S M, Henning W, Martin F, Rupert U, Felix T, Thomas S, Josep P, Zoran S, Christian K, John G R, Anton Z, Harald W 2007 Phys. Rev. Lett. 98 010504
[8]	Hiskett P A, Rosenberg D, Peterson C G, Hughes R J, Nam S W, Lita A E, Miller A J, Nordholt J E 2006 New J. Phys. 8 193
[9]
[10]
[11]	Wang J D, Lu W, Zhao F, Liu X B, Guo B H, Zhang J, Huang Y X, Lu Y Q, Liu S H 2008 Acta Phys. Sin. 57 4214 (in Chinese) [王金东、路巍、赵峰、刘小宝、郭邦红、张静、黄宇娴、路轶群、刘颂豪 2008 57 4214]
[12]
[13]	Hu H P, Zhang J, Wang J D, Huang Y X, Lu Y Q, Liu S H, Lu W 2008 Acta Phys. Sin. 57 5605 (in Chinese) [胡华鹏、张静、王金东、黄宇娴、路轶群、刘颂豪、路巍 2008 57 5605]
[14]
[15]	Wang J D, Qin X J, Zhang H N, Wei Z J, Liao C J, Liu S H 2009 Optics Communications 282 3379
[16]	Wang J D, Wei Z J, Zhang H, Xiao J Q,Liu X B,Zhang Z M,Liao C J,Liu S H 2010 J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 43 095504
[17]
[18]
[19]	Gisin N, Ribordy G, Tittel W, Zbinden H 2002 Rev. Mod. Phys. 74 145
[20]
[21]	Inoue K, Waks E, Yamamoto Y 2002 Phys. Rev. Lett. 89 037902
[22]
[23]	Honjo T, Inoue K, Takahashi H 2004 Optics Lett. 29 2797
[24]
[25]	Eleni D, Hiroki T, Carsten L, Fejer M M, Yamamoto Y 2006 Optics Experss 14 13073
[26]
[27]	Zhang Q, Takesue H, Honjo T, Wen K, Hirohata T, Suyama M, Takiguchi Y, Kamada H, Tokura Y, Tadanaga O, Nishida Y, Asobe M, Yamamoto Y 2009 New Journal of Physics 11 045010
[28]	Mo X F, Zhu B, Han Z F, Gui Y Z, Guo G C 2005 Optics Lett. 30 2632
[29]
[30]
[31]	Wang J D, Qin x J, Liu X B, Liao C J, Liu S H 2010 Acta Phys. Sin. 59 281 (in Chinese) [王金东、秦晓娟、刘小宝、廖常俊、刘颂豪 2010 59 281]
[32]
[33]	Takesue H, Sae W N, Qiang Z, Robert H, Toshimori H, Kiyoshi T, Yamamoto Y 2007 Nat. Photonics 1 343
[34]
[35]	Zhao Y B, Fung F C, Han Z F, Guo G C 2008 Phys. Rev. A 78 042330
[36]
[37]	A Eusebi, S Mancini 2009 Quant Inf Comp 9 950
[38]	Zhou N R, Wang L J, Ding J, Gong L H 2010 Physica Scripta 81 045009
[39]
[40]	Zhou N R, Wang L J, Ding J, Gong L H 2010 International Journal of Theoretical Physics 49 2035
[41]
[42]
[43]	Zhong P P, Zhang H N, Wang J D, Qin X J, Wei Z J, Chen S, Liu S H 2011 Chin. Phys. B 20 050307
[44]	Toshimori Honjo, Atsushi Uchida, Kazuya Amano, Kunihito Hirano, Hiroyuki Someya, Haruka Okumura, Kazuyuki Yoshimura, Peter Davis and Yasuhiro Tokura 2009 Optics Express 17 9053
[45]

施引文献

[1]	Wiesner S 1983 SIGACT News 15 78
[2]	Bennett C H, Brassard G 1984 Proceedings of the IEEE International Conference on Computers, Systems, and Signal Processing, Bangalore, India,New York: IEEE 1984 p175
[3]
[4]
[5]	Hwang W Y 2003 Phys. Rev. Lett. 91 057901
[6]
[7]	Tobias S M, Henning W, Martin F, Rupert U, Felix T, Thomas S, Josep P, Zoran S, Christian K, John G R, Anton Z, Harald W 2007 Phys. Rev. Lett. 98 010504
[8]	Hiskett P A, Rosenberg D, Peterson C G, Hughes R J, Nam S W, Lita A E, Miller A J, Nordholt J E 2006 New J. Phys. 8 193
[9]
[10]
[11]	Wang J D, Lu W, Zhao F, Liu X B, Guo B H, Zhang J, Huang Y X, Lu Y Q, Liu S H 2008 Acta Phys. Sin. 57 4214 (in Chinese) [王金东、路巍、赵峰、刘小宝、郭邦红、张静、黄宇娴、路轶群、刘颂豪 2008 57 4214]
[12]
[13]	Hu H P, Zhang J, Wang J D, Huang Y X, Lu Y Q, Liu S H, Lu W 2008 Acta Phys. Sin. 57 5605 (in Chinese) [胡华鹏、张静、王金东、黄宇娴、路轶群、刘颂豪、路巍 2008 57 5605]
[14]
[15]	Wang J D, Qin X J, Zhang H N, Wei Z J, Liao C J, Liu S H 2009 Optics Communications 282 3379
[16]	Wang J D, Wei Z J, Zhang H, Xiao J Q,Liu X B,Zhang Z M,Liao C J,Liu S H 2010 J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 43 095504
[17]
[18]
[19]	Gisin N, Ribordy G, Tittel W, Zbinden H 2002 Rev. Mod. Phys. 74 145
[20]
[21]	Inoue K, Waks E, Yamamoto Y 2002 Phys. Rev. Lett. 89 037902
[22]
[23]	Honjo T, Inoue K, Takahashi H 2004 Optics Lett. 29 2797
[24]
[25]	Eleni D, Hiroki T, Carsten L, Fejer M M, Yamamoto Y 2006 Optics Experss 14 13073
[26]
[27]	Zhang Q, Takesue H, Honjo T, Wen K, Hirohata T, Suyama M, Takiguchi Y, Kamada H, Tokura Y, Tadanaga O, Nishida Y, Asobe M, Yamamoto Y 2009 New Journal of Physics 11 045010
[28]	Mo X F, Zhu B, Han Z F, Gui Y Z, Guo G C 2005 Optics Lett. 30 2632
[29]
[30]
[31]	Wang J D, Qin x J, Liu X B, Liao C J, Liu S H 2010 Acta Phys. Sin. 59 281 (in Chinese) [王金东、秦晓娟、刘小宝、廖常俊、刘颂豪 2010 59 281]
[32]
[33]	Takesue H, Sae W N, Qiang Z, Robert H, Toshimori H, Kiyoshi T, Yamamoto Y 2007 Nat. Photonics 1 343
[34]
[35]	Zhao Y B, Fung F C, Han Z F, Guo G C 2008 Phys. Rev. A 78 042330
[36]
[37]	A Eusebi, S Mancini 2009 Quant Inf Comp 9 950
[38]	Zhou N R, Wang L J, Ding J, Gong L H 2010 Physica Scripta 81 045009
[39]
[40]	Zhou N R, Wang L J, Ding J, Gong L H 2010 International Journal of Theoretical Physics 49 2035
[41]
[42]
[43]	Zhong P P, Zhang H N, Wang J D, Qin X J, Wei Z J, Chen S, Liu S H 2011 Chin. Phys. B 20 050307
[44]	Toshimori Honjo, Atsushi Uchida, Kazuya Amano, Kunihito Hirano, Hiroyuki Someya, Haruka Okumura, Kazuyuki Yoshimura, Peter Davis and Yasuhiro Tokura 2009 Optics Express 17 9053
[45]

[1]	周江平, 周媛媛, 周学军. 非对称信道相位匹配量子密钥分发. , 2023, 72(14): 140302. doi: 10.7498/aps.72.20230652
[2]	沈琦琦, 张毅, 王金东, 於亚飞, 魏正军, 张智明. 量子密钥分发系统中抗扰动偏振编码模式的实验研究. , 2021, 70(18): 180302. doi: 10.7498/aps.70.20210749
[3]	杜聪, 王金东, 秦晓娟, 魏正军, 於亚飞, 张智明. 基于混合编码的测量设备无关量子密钥分发的简单协议. , 2020, 69(19): 190301. doi: 10.7498/aps.69.20200162
[4]	陈艳辉, 王金东, 杜聪, 马瑞丽, 赵家钰, 秦晓娟, 魏正军, 张智明. 光纤偏振编码量子密钥分发系统荧光边信道攻击与防御. , 2019, 68(13): 130301. doi: 10.7498/aps.68.20190464
[5]	魏正军, 万伟, 王金东, 廖常俊, 刘颂豪. 一种基于确定性量子密钥分发误码判据的相位调制器半波电压的精确测定方法. , 2011, 60(9): 094216. doi: 10.7498/aps.60.094216.1
[6]	胡华鹏, 王金东, 黄宇娴, 刘颂豪, 路巍. 基于条件参量下转换光子对的非正交编码诱惑态量子密钥分发. , 2010, 59(1): 287-292. doi: 10.7498/aps.59.287
[7]	王金东, 秦晓娟, 魏正军, 刘小宝, 廖常俊, 刘颂豪. 一种高效量子密钥分发系统主动相位补偿方法. , 2010, 59(1): 281-286. doi: 10.7498/aps.59.281
[8]	王金东, 魏正军, 张辉, 张华妮, 陈帅, 秦晓娟, 郭健平, 廖常俊, 刘颂豪. 长程光纤传输的时间抖动对相位编码量子密钥分发系统的影响. , 2010, 59(8): 5514-5522. doi: 10.7498/aps.59.5514
[9]	权东晓, 裴昌幸, 朱畅华, 刘丹. 一种新的预报单光子源诱骗态量子密钥分发方案. , 2008, 57(9): 5600-5604. doi: 10.7498/aps.57.5600
[10]	胡华鹏, 张静, 王金东, 黄宇娴, 路轶群, 刘颂豪, 路巍. 双协议量子密钥分发系统实验研究. , 2008, 57(9): 5605-5611. doi: 10.7498/aps.57.5605
[11]	王金东, 路巍, 赵峰, 刘小宝, 郭邦红, 张静, 黄宇娴, 路轶群, 刘颂豪. 稳定的低噪声自由空间量子密钥分配实验研究. , 2008, 57(7): 4214-4218. doi: 10.7498/aps.57.4214
[12]	张静, 王发强, 赵峰, 路轶群, 刘颂豪. 时间和相位混合编码的量子密钥分发方案. , 2008, 57(8): 4941-4946. doi: 10.7498/aps.57.4941
[13]	陈杰, 黎遥, 吴光, 曾和平. 偏振稳定控制下的量子密钥分发. , 2007, 56(9): 5243-5247. doi: 10.7498/aps.56.5243
[14]	郭邦红, 路轶群, 王发强, 赵峰, 胡敏, 林一满, 廖常俊, 刘颂豪. 相位调制量子密钥分配系统中低频振动相移的实时跟踪补偿. , 2007, 56(7): 3695-3702. doi: 10.7498/aps.56.3695
[15]	赵峰, 路轶群, 王发强, 陈霞, 李明明, 郭邦红, 廖常俊, 刘颂豪. 基于微弱相干脉冲稳定差分相位量子密钥分发. , 2007, 56(4): 2175-2179. doi: 10.7498/aps.56.2175
[16]	郑力明, 王发强, 刘颂豪. 光纤色散与损耗对光量子密钥分发系统的影响. , 2007, 56(4): 2180-2183. doi: 10.7498/aps.56.2180
[17]	林一满, 梁瑞生, 路轶群, 路洪, 郭邦红, 刘颂豪. 自动补偿高效的差分相位编码QKD系统. , 2007, 56(7): 3931-3936. doi: 10.7498/aps.56.3931
[18]	陈霞, 王发强, 路轶群, 赵峰, 李明明, 米景隆, 梁瑞生, 刘颂豪. 运行双协议相位调制的量子密钥分发系统. , 2007, 56(11): 6434-6440. doi: 10.7498/aps.56.6434
[19]	李明明, 王发强, 路轶群, 赵峰, 陈霞, 梁瑞生, 刘颂豪. 高稳定的差分相位编码量子密钥分发系统. , 2006, 55(9): 4642-4646. doi: 10.7498/aps.55.4642
[20]	吴光, 周春源, 陈修亮, 韩晓红, 曾和平. 长距离长期稳定的量子密钥分发系统. , 2005, 54(8): 3622-3626. doi: 10.7498/aps.54.3622

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