4.3、量子通訊
量子通訊是指借助量子糾纏效應(yīng)進(jìn)行信息傳遞的一種新型的通信形式,具有高效率和絕對(duì)安全等特性。這些通訊技術(shù)最興奮人心的地方在于其“絕不泄露”的能耐量子通訊技術(shù)，奇特的加密方法使秘鑰具有不可復(fù)制性和絕對(duì)安全性，一旦有人盜用秘鑰，整個(gè)通訊信息會(huì)“自毀”并告知使用者。量子信息因其傳輸高效和絕對(duì)安全等特征，被覺得可能是下一代IT技術(shù)的支撐性研究，并成為全球化學(xué)學(xué)研究的前沿與焦點(diǎn)領(lǐng)域，有科學(xué)家甚至預(yù)計(jì)，10年內(nèi)有望實(shí)現(xiàn)全球化量子通訊。
本研究方向主要集中在基于單光子偏振光態(tài)的量子秘鑰分配系統(tǒng)實(shí)用化相關(guān)技術(shù)，包括高速單光子偵測，單光子形成，調(diào)制量子通訊技術(shù)，譯碼，真隨機(jī)碼發(fā)生等。
4.3.1單光子雪崩偵測器
單光子偵測技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)單光子級(jí)別微弱光訊號(hào)的檢查，被廣泛應(yīng)用于量子秘鑰分配、激光雷達(dá)、光纖傳感器、光纖通訊等領(lǐng)域。目前基于銦鎵砷/銦磷(/InP)材料的單光子雪崩偵測器(SPAD),因其結(jié)構(gòu)緊湊、無超高溫要求以及低幀率等優(yōu)點(diǎn)，在近紅外波段的單光子偵測應(yīng)用中得到了廣泛使用。
圖17門控模式單光子偵測器
頻度可調(diào)諧單光子雪崩偵測器原理圖
Yixin.Zhang,.Zhang,ShunWang,PulseGatedfor[J],,2013,38(5):606-608
張益昕、張旭蘋、楊國文、王順、胡君輝，頻度可調(diào)諧的吉赫茲余弦門控近紅外單光子偵測器，2.8
4.3.2高速偏振光調(diào)制器
偏振光調(diào)制器是量子通訊中的一個(gè)重要功能模塊。對(duì)于基于光子偏振光態(tài)的QKD系統(tǒng)，由發(fā)送方控制偏振光調(diào)制器，隨機(jī)選擇一種偏振光編碼方法，對(duì)通訊訊號(hào)進(jìn)行偏振光編碼。例如，可能采用+45°和-45°的偏正態(tài)作為脈沖訊號(hào)的編碼方式；也可能采用0°和90°的偏振光態(tài)作為訊號(hào)的編碼方式。在選用+45°和-45°的編碼基時(shí)，可以用+45°的偏振光態(tài)表示“1”，-45°的偏振光態(tài)表示“0”；選用0°和90°的編碼基時(shí)，可以用90°的偏振光態(tài)表示“1”，0°的偏振光態(tài)表示“0”。經(jīng)過偏振光調(diào)制器后，通訊脈沖訊號(hào)包含多種偏振光態(tài)，并承載了通訊秘鑰信息。
高速偏振光調(diào)制器
4.3.3脈沖式激光光源
在量子通訊系統(tǒng)中，單光子訊號(hào)一般由一個(gè)極窄的激光脈沖衰減得到。因而脈沖式激光光源就成為建立量子通訊系統(tǒng)的一個(gè)重要功能模塊。本設(shè)計(jì)采用直接調(diào)制的DFB半導(dǎo)體激光器，可以合成脈沖長度500ps，最高重復(fù)頻度的脈沖式激光光源。采用集成的帕爾貼與驅(qū)動(dòng)器對(duì)激光器進(jìn)行恒溫控制，可以保證激光器輸出波長的穩(wěn)定。
脈沖式激光光源