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单光子量子密钥匙分发系统时分相位跟踪与补偿技术应用

郭邦红  路轶群  王发强  胡敏  廖常俊  刘颂豪  
【摘要】:研究和测量了双Mach—Zehnder光纤干涉仪量子保密通信系统环境引起的相位漂移,在系统震动隔离条件下,实验证明相位漂移主要来自大楼共振引起双Mach-Zehnder光纤系统相位的周期性变化,可用傅利叶级数分解为小量谐振叠加。本文提出了以单光子数表征的干涉相位实时跟踪,并对这种类似周期性相位漂移进行主动补偿的方法,继承原有系统的安全性,使得双Mach-Zehnder量子保密通信系统相位稳定,可以长期运转。我们在经典的QKD系统上采用分时间通道,密钥分发前环境初始化测试,小步长扫描确定极值(如图1),漂移量精确测试(如图2),利用贝塞尔函数谐波基频分析法确定双Mach—Zehrlder光纤干涉仪工作点,输出反馈补偿电压,稳定工作点;量子密钥分发交替的两个过程。在我们的实验装置中实时跟踪采集的数据先存入32KMb的FIFO(fist in fist out)缓存,ARM计算机存取后台进行高速处理,将检测所得实际相位相对应的电压,与工作点阀值比较,输出反馈电压,加载Bob端PM2电压,实现补偿。量子密码分配由两个ARM嵌入式计算机模块完成,采用BB84协议。实验室内使经典的量子保密通信系统实现70公里长期稳定量子密钥分发,误码率低于6%,司以与其它系统媲美。并对密码分发和相位跟踪时间分通道实时检测补偿技术作普适性研究,占用小量时间通道跟踪补偿,不外加器件,具有一定的实用价值和普遍性。

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