1.1、量子通信

       量子通信是指利用量子糾纏效應(yīng)進(jìn)行信息傳遞的一種新型的通訊方式,具有高效率和絕對(duì)安全等特點(diǎn)。這種通信技術(shù)最激動(dòng)人心的地方在于其“絕不泄密”的本事，獨(dú)特的加密方式使密鑰具有不可復(fù)制性和絕對(duì)安全性，一旦有人竊取密鑰，整個(gè)通信信息會(huì)“自毀”并告知使用者。量子信息因其傳輸高效和絕對(duì)安全等特點(diǎn)，被認(rèn)為可能是下一代IT技術(shù)的支撐性研究，并成為全球物理學(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)全球化量子通信。

       本研究方向主要集中在基于單光子偏振態(tài)的量子密鑰分配系統(tǒng)實(shí)用化相關(guān)技術(shù)，包括高速單光子探測，單光子產(chǎn)生，調(diào)制，解調(diào)，真隨機(jī)碼發(fā)生等。

1.1.1單光子雪崩探測器

       單光子探測技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)單光子級(jí)別微弱光信號(hào)的檢測，被廣泛應(yīng)用于量子密鑰分配、激光雷達(dá)、光纖傳感、光纖通信等領(lǐng)域。目前基于銦鎵砷/銦磷(InGaAs/InP)材料的單光子雪崩探測器(SPAD),因其結(jié)構(gòu)緊湊、無超低溫要求以及低功耗等優(yōu)點(diǎn)，在近紅外波段的單光子探測應(yīng)用中得到了廣泛使用。

圖 17 門控模式單光子探測器

頻率可調(diào)諧單光子雪崩探測器原理圖

Yixin. Zhang, Xuping. Zhang, Shun Wang, Gaussian Pulse Gated InGaAsInP Avalanche Photodiode for Single Photon Detection [J], Optics Letters, 2013, 38(5):606-608

張益昕、張旭蘋、楊國文、王順、胡君輝，頻率可調(diào)諧的吉赫茲正弦門控近紅外單光子探測器，201310027060.8

1.1.2高速偏振調(diào)制器

       偏振調(diào)制器是量子通信中的一個(gè)重要功能模塊。對(duì)于基于光子偏振態(tài)的QKD系統(tǒng)，由發(fā)送方控制偏振調(diào)制器，隨機(jī)選擇一種偏振編碼方式，對(duì)通信信號(hào)進(jìn)行偏振編碼。比如，可能采用+45°和-45°的偏正態(tài)作為脈沖信號(hào)的編碼方法；也可能采用0°和90°的偏振態(tài)作為信號(hào)的編碼方法。在選用+45°和-45°的編碼基時(shí)，可以用+45°的偏振態(tài)表示“1”，-45°的偏振態(tài)表示“0”；選用0°和90°的編碼基時(shí)，可以用90°的偏振態(tài)表示“1”，0°的偏振態(tài)表示“0”。經(jīng)過偏振調(diào)制器后，通信脈沖信號(hào)包含多種偏振態(tài)，并承載了通信密鑰信息。

高速偏振調(diào)制器

1.1.3脈沖式激光光源

       在量子通信系統(tǒng)中，單光子信號(hào)通常由一個(gè)極窄的激光脈沖衰減得到。因此脈沖式激光光源就成為構(gòu)建量子通信系統(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，可以合成脈沖寬度500ps，最高重復(fù)頻率100MHz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