专利汇可以提供极化编码量子通信终端芯片及其应用专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且一种极化编码量子通信终端芯片及其应用,包括:设置于基底内相连的极化无关分束器、极化分束器以及片上集成探测器,其中:极化无关分束器的一端在所述量子通信终端芯片的一个端面设有用于接收任意极化编码的光 量子比特 的开口,另一端分别与极化分束器的输入臂衔接,极化分束器的输出臂分别与各个片上集成探测器衔接,以测量光量子 信号 。本 发明 可以较低误码率直接对任意极化编码的量子密钥进行投影测量,具有体积小、重量轻、能耗低、 精度 高、 稳定性 强、可扩展空间大的优点,同时大大降低了制造成本和周期、增加接收端的操作便捷度,是发展长期稳定的远距离实用化量子通信系统最具有竞争 力 的实施方案之一,适用于大范围推广应用。,下面是极化编码量子通信终端芯片及其应用专利的具体信息内容。
1.一种极化编码量子通信终端芯片,其特征在于,包括:设置于基底内相连的极化无关分束器、极化分束器以及片上集成探测器,其中:极化无关分束器的一端在所述量子通信终端芯片的一个端面设有用于接收任意极化编码的光量子比特的开口,另一端分别与极化分束器的输入臂衔接,极化分束器的输出臂分别与各个片上集成探测器衔接,以测量光量子信号。
2.根据权利要求1所述的极化编码量子通信终端芯片,其特征是,所述的极化编码量子通信终端芯片包括以下任意一种结构:
i.一个极化无关分束器、两个水平极化分束器以及四个片上集成探测器;
ii.一个极化无关分束器、一个水平的极化分束器、一个光轴倾斜的极化分束器以及四个片上集成探测器;
iii.一个极化无关分束器、一个半波片、两个水平的极化分束器以及四个片上集成探测器;
iv.一个极化无关分束器、两个光轴倾斜的极化分束器以及四个片上集成探测器;
v.一个极化无关分束器、两个波片、两个水平的极化分束器以及四个片上集成探测器。
3.根据权利要求1所述的极化编码量子通信终端芯片,其特征是,所述的极化无关分束器的结构采用以下任意一种方式实现:
①一个或两个串联的交叉耦合器;
②一个耦合区域呈倾角且不相交的定向耦合器,即定向倾斜耦合器;
③一个光轴重合于芯片法线的平面不相交定向耦合器,即定向水平耦合器。
4.根据权利要求2所述的极化编码量子通信终端芯片,其特征是,所述的极化分束器包括:两条带有双折射性质且在耦合区域不相交的波导构成的定向耦合器,其中:定向耦合器的一根输入臂直接与极化无关分束器的一根输出臂相连并接收任意极化编码的光量子比特;
所述的光轴倾斜的极化分束器包括:两条光轴倾斜且在与水平面具有与光轴倾斜夹角相同或互补的倾斜平面进行不相交耦合的波导构成的定向耦合器,其中定向耦合器的一根输入臂直接与极化无关分束器的一根输出臂相连并接收任意极化编码的光量子比特。
5.根据权利要求2或4所述的极化编码量子通信终端芯片,其特征是,所述的光轴倾斜为45°倾斜角,半波片及波片的光轴具有与极化分束器匹配的倾斜角(如22.5°)。
6.根据权利要求5所述的极化编码量子通信终端芯片,其特征是,所述的倾斜角采用飞秒激光以多次相距一定角度和间隔地直写得以实现。
7.根据权利要求1或2所述的极化编码量子通信终端芯片,其特征是,所述的片上集成探测器采用超导纳米线实现。
8.根据权利要求1所述的极化编码量子通信终端芯片,其特征是,所述的衔接,通过直接连接或以倏逝波耦合的形式实现。
9.根据权利要求3或4或8所述的极化编码量子通信终端芯片,其特征是,所述的耦合,通过调整不同交叉耦合间距以实现不同的双折射补偿,通过调整不同平行耦合间距以实现比例可控的分束。
10.根据权利要求1所述的极化编码量子通信终端芯片,其特征是,所述的用于接收任意极化编码的光量子比特的开口通过调整激光绝热变换调整波导截面大小、或通过热膨胀过程使耦合光纤的模场直径与波导更匹配而实现与光纤的低损耗衔接。
11.一种极化编码量子通信终端芯片阵列,其特征在于,包括至少两个上述任一权利要求所述的极化编码量子通信终端芯片。
12.一种基于上述任一权利要求所述极化编码量子通信终端芯片的应用,其特征在于,用于接收直接对光子极化自由度编码的任意光量子比特。
13.根据权利要求12所述的应用,其特征是,所述的应用是指:采用上述芯片为进行测量设备无关的量子密钥分发终端第三方采用的贝尔态投影测量,其具体步骤包括:合法的通信双方将其编码的光量子信号以自由空间或光纤耦合的方式分别从第一输入口和第二输入口传送给第三方,通信双方可根据第三方投影测量与符合计数的结果进行比对并进行相应的比特翻转操作,得到相应各自的密钥;而第三方由于仅拥有贝尔态投影测量的结果而无法获得具体的密钥信息。
14.根据权利要求12所述的应用,其特征是,所述的应用是指:采用所述芯片的极化编码量子通信终端芯片在BB84协议、E91协议、诱骗态极化编码等的量子密钥分发,其具体步骤包括:
①将上述芯片设置于直接通信的接收端或设置于采用被动发送方式的发送端;
②合法的通信双方将其编码的光量子信号以自由空间或光纤耦合的方式输入各自的终端芯片;
③芯片的第一个极化无关分束器将光量子信号随机地输入至第一和第二极化分束器进行不同正交基矢(HV、+-)的极化投影,随后将不同基矢投影的结果耦合至片上探测器并进行输出检测得到原始密钥;
④通信双方利用公开信道比对基矢进行密钥筛选,符合误码率测试要求的比特串即为传输的共享密钥。
15.根据权利要求12所述的应用,其特征是,所述的应用是指:将所述芯片设置于发送端进行联合贝尔态分析,该芯片的第一个极化分束器将位于通信双方两处的纠缠光子信号重构为叠加态,随后的两个极化分束器将进行极化投影测量,并将光量子信号耦合至集成于芯片末端的超导探测器进行符合探测以区分不同的贝尔态;当纠缠态被确定后,发送端通过经典信道与接收端通信,使其根据测量结果做相应的幺正变换,即可得到传输的密钥。
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