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用于量子密碼學(xué)的方法和裝置

閱讀：1018發(fā)布：2020-12-05

專利匯可以提供用于量子密碼學(xué)的方法和裝置專利檢索，專利查詢，專利分析的服務(wù)。并且公開了用于在量子 密碼學(xué) 應(yīng)用中使用的方法和裝置。在光 信號 在至少兩個信號路徑上的階段，編碼用于量子密碼學(xué)的具有第一 波長 的 光信號 。在所述光信號被編碼用于傳輸之前，將在所述至少兩個信號路徑上的所編碼的光信號的波長轉(zhuǎn)換為第二波長。用于傳輸?shù)木幋a應(yīng)用于在所述第二波長上的光信號。，下面是用于量子密碼學(xué)的方法和裝置專利的具體信息內(nèi)容。

1.一種用于處理用于量子密碼學(xué)的光信號的方法，包括：
在光信號在至少兩個信號路徑上的階段，通過使用在所述至少兩個信號路徑的每個信號路徑上的相移器來編碼用于量子密碼學(xué)的具有在1.3μm至2μm的范圍內(nèi)的第一波長的所述光信號，
在所述光信號被編碼用于傳輸之前，將在所述至少兩個信號路徑上的所編碼的光信號的波長轉(zhuǎn)換為小于1μm的第二波長，其中在所述至少兩個信號路徑上的所述光信號當(dāng)經(jīng)受波長轉(zhuǎn)換時具有相同的偏振，以及
編碼具有所述第二波長的光信號以用于傳輸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括縮短所編碼的光信號的波長。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中用于傳輸?shù)木幋a包括以下之一：偏振編碼、時間倉-相位編碼、空間模式編碼和角動量編碼。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，包括在波長轉(zhuǎn)換之前的自由空間模式轉(zhuǎn)換和偏振旋轉(zhuǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，包括通過單芯片或單晶體來執(zhí)行所述波長轉(zhuǎn)換。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中轉(zhuǎn)換包括：轉(zhuǎn)換用于量子密鑰分配的光信號的波長。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，包括通過所述轉(zhuǎn)換來衰減所述光信號以用于基于微弱脈沖的量子密鑰分配。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，包括提供在包括用于編碼和轉(zhuǎn)換階段的異構(gòu)芯片的混合平臺上的量子密鑰分配發(fā)射器。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，包括提供在包括用于編碼和轉(zhuǎn)換階段的異構(gòu)芯片的混合平臺上的量子密鑰分配發(fā)射器。
10.一種用于處理用于量子密碼學(xué)的光信號的裝置，所述裝置包括：
量子密碼學(xué)編碼器，其被配置為通過使用在至少兩個信號路徑的每個信號路徑上的相移器來編碼所述光信號，所述光信號具有在1.3μm至2μm的范圍內(nèi)的第一波長并且被布置在所述至少兩個信號路徑上，
波長轉(zhuǎn)換器，其被配置為在所述光信號被編碼用于傳輸之前，將在所述至少兩個信號路徑上的所編碼的光信號的波長轉(zhuǎn)換為小于1μm的第二波長，其中在所述至少兩個信號路徑上的所述光信號當(dāng)經(jīng)受波長轉(zhuǎn)換時具有相同的偏振，以及
傳輸編碼器，其被配置為編碼所述光信號以用于傳輸。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中所述波長轉(zhuǎn)換器被配置為縮短被布置在所述至少兩個信號路徑上的所編碼的光信號的波長。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的裝置，其中所述量子密碼學(xué)編碼器被配置為在0.9至2μm范圍內(nèi)的波長中高效地操作，以及/或所述傳輸編碼器被配置為在小于1μm的波長中高效地操作。
13.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的裝置，其中所述傳輸編碼器被配置為提供以下之一：所述光信號的偏振編碼、時間倉-相位編碼、空間模式編碼和角動量編碼。
14.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的裝置，被配置為在波長轉(zhuǎn)換之前，提供自由空間模式轉(zhuǎn)換和/或偏振旋轉(zhuǎn)。
15.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的裝置，包括并行的兩個周期極化波導(dǎo)、用于波長轉(zhuǎn)換的周期極化晶體或體晶體。
16.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的裝置，包括單芯片或單晶體以用于執(zhí)行波長轉(zhuǎn)換。
17.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的裝置，所述裝置用于基于微弱脈沖的量子密鑰分配，其中所述波長轉(zhuǎn)換器被配置為衰減所述光信號。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，包括在包括用于編碼和轉(zhuǎn)換階段的異構(gòu)芯片的混合平臺上的量子密鑰分配發(fā)射器。
19.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的裝置，包括基于集成的磷化銦的芯片或基于硅的芯片，其被配置為提供量子密碼學(xué)編碼器、至少一個光源和至少一個透鏡。
20.一種用于通信系統(tǒng)的設(shè)備，其包括權(quán)利要求10至19任一所述的裝置。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的設(shè)備，包括被配置為在移動通信系統(tǒng)中使用的設(shè)備。
22.一種存儲包括代碼構(gòu)件的計算機程序的計算機可讀介質(zhì)，當(dāng)所述計算機程序在處理器上運行時，所述代碼構(gòu)件適應(yīng)于執(zhí)行權(quán)利要求1至9任一的方法步驟。

說明書全文

用于量子密碼學(xué)的方法和裝置

[0001] 本公開涉及用于保護通信安全的量子密碼學(xué)的使用。
[0002] 可以在兩個或更多設(shè)備，諸如固定和/或移動通信設(shè)備、諸如基站的接入點設(shè)備、服務(wù)器、機器類型的設(shè)備等，之間提供通信鏈路。通信可以在固定或無線連接上發(fā)生。
[0003] 可能需要保護在通信設(shè)備之間的傳輸和通信各方的隱私的安全。例如，通信可能易受到黑客的竊聽或其它攻擊。典型地依賴于在互聯(lián)網(wǎng)或其它數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)上的安全交易的應(yīng)用的示例包含：銀行業(yè)務(wù)、購物和其它金融交易、電子郵件、企業(yè)通信、云計算等。
[0004] 與通信鏈路相關(guān)聯(lián)的諸如個人計算機、服務(wù)器和其它設(shè)備的設(shè)備在傳統(tǒng)上主要是固定的以及通過電纜和/或光纖來連接。然而，通過無線接口通信的移動設(shè)備的數(shù)量正在增加。此外，在各種設(shè)備之間傳遞的敏感信息的數(shù)量正在增加，部分是由于各種新應(yīng)用需要安全通信。
[0005] 用于保護數(shù)據(jù)的當(dāng)前方法基于密碼學(xué)方案，該密碼學(xué)方案依賴于用于求解某些數(shù)學(xué)問題的計算困難度。計算機在求解問題中越來越強大，因此加密的復(fù)雜性不得不增加以跟得上安全漏洞的可能性。也在考慮保護在各方之間的通信的安全的新的方式。借助于量子密鑰分配(QKD)的加密被認(rèn)為是用于改進安全性的一種可能性。QKD被視為例如針對公共密鑰分配以在授權(quán)方之間交換秘密密鑰的有前景的解決方案。QKD基于如下思想：密鑰比特被編碼在量子系統(tǒng)中并且在各方之間交換。QKD使得各方能夠檢測試圖獲得該密鑰的知識的第三方的存在，因為竊聽量子系統(tǒng)的嘗試一般擾亂該系統(tǒng)。正因為如此，試圖測量信號的第三方引入了能夠檢測的異常。因此，在QKD中，信任能夠被放在物理和自然定律上而不是增加的復(fù)雜度和計算能力。在量子密碼學(xué)中，各方裝備有光檢測器。該檢測器的效率取決于所接收的光信號的波長。
[0006] 注意的是，在本說明書中論述的問題不局限于任何特定的通信環(huán)境和裝置，而是可以出現(xiàn)在基于量子密碼學(xué)來保護通信的安全的任何情景中。
[0007] 本發(fā)明的實施例旨在解決以上問題中的一個或若干問題。
[0008] 根據(jù)實施例，提供了一種方法，該方法包括：在光信號在至少兩個信號路徑上的階段，編碼用于量子密碼學(xué)的具有第一波長的光信號，在所述光信號被編碼用于傳輸之前，將在所述至少兩個信號路徑上的所編碼的光信號的波長轉(zhuǎn)換為第二波長，以及編碼具有所述第二波長的光信號以用于傳輸。
[0009] 根據(jù)實施例，提供了一種用于處理用于量子密碼學(xué)的光信號的裝置，該裝置包括：量子密碼學(xué)編碼器，其被配置為編碼光信號，該光信號具有第一波長并且被布置在至少兩個信號路徑上，波長轉(zhuǎn)換器，其被配置為在所述光信號被編碼用于傳輸之前，將在所述至少兩個信號路徑上的所編碼的光信號的波長轉(zhuǎn)換為第二波長，以及傳輸編碼器，其被配置為編碼所述光信號以用于傳輸。
[0010] 根據(jù)更具體的方面，所述轉(zhuǎn)換包括：縮短所編碼的光信號的波長。量子密碼學(xué)編碼器可以被配置為：在0.9至2μm范圍內(nèi)的波長中高效地操作，和/或傳輸編碼器被配置為在小于1μm的波長中高效地操作。
[0011] 可以針對量子密鑰分配來轉(zhuǎn)換光信號的波長。
[0012] 用于傳輸?shù)木幋a可以包括以下之一：偏振編碼、時間倉-相位編碼(time?bin-phase?encoding)、空間模式編碼和角動量編碼。
[0013] 在至少兩個信號路徑上的光信號當(dāng)經(jīng)受波長轉(zhuǎn)換時可以具有相同的偏振。
[0014] 在波長轉(zhuǎn)換之前，可以提供自由空間模式轉(zhuǎn)換和偏振旋轉(zhuǎn)。
[0015] 可以通過單芯片或單晶體來提供波長轉(zhuǎn)換。
[0016] 通過轉(zhuǎn)換可以衰減光信號以用于基于微弱脈沖的量子密鑰分配?？梢蕴峁┰诎ㄓ糜诰幋a和轉(zhuǎn)換階段的異構(gòu)芯片的混合平臺上的量子密鑰分配發(fā)射器。
[0017] 也可以提供一種裝置，該裝置包括：被配置為提供量子密碼學(xué)編碼器的基于集成的磷化銦的芯片或基于硅的芯片、至少一個光源和至少一個透鏡。
[0018] 設(shè)備(諸如移動通信設(shè)備、基站、機器類型終端或具有通信能力的另一個節(jié)點)可以被布置為實現(xiàn)實施例。
[0019] 還可以提供一種包括程序代碼構(gòu)件的計算機程序，所述程序代碼構(gòu)件適應(yīng)于執(zhí)行本文中描述的方法。依照另外的實施例，提供了能夠用于提供以上方法中的至少一個方法的裝置和/或計算機程序產(chǎn)品，所述計算機程序產(chǎn)品可以被具體化在計算機可讀介質(zhì)上。
[0020] 應(yīng)當(dāng)了解的是，可以將任何方面的任何特征與任何其它方面的任何其它特征進行組合。
[0021] 現(xiàn)在參照以下示例和附圖，僅通過示例，來更詳細地描述實施例，在附圖中：
[0022] 圖1示出了能夠無線通信的兩個設(shè)備的示意圖；
[0023] 圖2示出了光信號發(fā)射器的框圖；
[0024] 圖3至圖5示出了針對圖2的框的示例性組件的圖；
[0025] 圖6是針對在光信號的發(fā)射器處的操作的流程圖；
[0026] 圖7示出了在溫度控制基底上用于量子密碼學(xué)的光信號的發(fā)射器的示例；以及[0027] 圖8示出了控制裝置的示例。
[0028] 移動設(shè)備是設(shè)備的示例，在該設(shè)備中，能夠基于量子密碼學(xué)來提供安全通信。用于與例如基站或另一個移動設(shè)備通信的用戶的移動設(shè)備通常被稱為用戶設(shè)備(UE)或終端?？梢杂赡軌蛳蛐诺腊l(fā)送信號和/或在信道上接收無線信號的任何設(shè)備，來提供用于具體化以下解釋的示例的移動設(shè)備。移動設(shè)備還裝備有用于在光信道上進行通信的裝置。移動設(shè)備的非限制性示例包含：移動臺(MS)，諸如移動電話或被稱為‘智能電話’，便攜式計算機，諸如裝備有無線通信能力的膝上型計算機、平板計算機或個人數(shù)據(jù)助理(PDA)，或這些設(shè)備的任何組合，或諸如此類。適當(dāng)?shù)囊苿釉O(shè)備裝備有至少一個數(shù)據(jù)處理實體、至少一個存儲器以及其它可能的組件以供在它被設(shè)計用于執(zhí)行的任務(wù)的軟件和硬件輔助運行中使用，該任務(wù)包含與其它方的通信的控制和有關(guān)于安全通信的特征?？梢栽谶m當(dāng)?shù)?a href='/zhuanli/list-15458-1.html' target='_blank'>電路板上和/或在芯片組中提供數(shù)據(jù)處理、存儲和其它相關(guān)控制裝置。
[0029] 能夠在保護通信安全中使用量子密鑰分配(QKD)系統(tǒng)。量子密鑰分配(QKD)能夠與光傳輸信道(例如自由空間(特別適用于移動通信)、波導(dǎo)和光纖)一起使用。一種可能的用例是與固定終端建立共享密鑰的移動設(shè)備。量子密鑰分配方案的實現(xiàn)依賴于發(fā)送低數(shù)量的光子，在兩個終端之間每個脈沖平均小于單光子。因此，量子密碼學(xué)是已知的，以及若干公司提供基于光纖的量子密鑰分配設(shè)備。使用量子力學(xué)系統(tǒng)的屬性以分配安全密鑰的密碼學(xué)方案被認(rèn)為提供高水平的安全性。例如，當(dāng)前相信的是，即使僅受物理定律限制的強大竊聽者應(yīng)當(dāng)不能危害該方案的安全性。
[0030] 可以在密鑰的發(fā)送器和接收設(shè)備之間提供量子密鑰分配方案。圖1示出了發(fā)送器設(shè)備1，以及接收設(shè)備2。終端1是量子比特發(fā)送器以及終端2是接收器。依照實施例，終端1包括移動設(shè)備，例如，移動電話或智能電話、膝上型計算機、筆記本、平板計算機等。終端2包括固定節(jié)點，例如，蜂窩系統(tǒng)或局域網(wǎng)系統(tǒng)的基站或機器類型終端。在設(shè)備1和設(shè)備2之間能夠提供射頻(RF)無線鏈路3。這兩個設(shè)備可以分別裝備有用于無線通信的通信子系統(tǒng)4和5，例如裝備有適當(dāng)?shù)臒o線電裝置以促進無線通信。注意的是，還可以基于其它技術(shù)，諸如經(jīng)由光鏈路，在設(shè)備1和設(shè)備2之間提供通信信道。
[0031] 用于保護在設(shè)備1和設(shè)備2之間的通信安全的密鑰分配基于在光鏈路7(通過虛線示出)上在設(shè)備之間的光子的發(fā)送。密鑰分配基于例如從終端1向終端2發(fā)送光子，以及在實踐中，含有平均小于一的光子數(shù)量的微弱脈沖。本文中描述的原理能夠應(yīng)用于在光纖或自由空間中基于微弱脈沖的大多數(shù)QKD協(xié)議。在設(shè)備1處的用于產(chǎn)生和發(fā)射光子的裝置6可以包括：光編碼器，其適應(yīng)于編碼隨機量子比特狀態(tài)以及發(fā)射光子。還可以提供諸如用于創(chuàng)建發(fā)射光子所需的電脈沖的控制電子產(chǎn)品的元件、(量子)隨機數(shù)產(chǎn)生器以及用于控制這些組件的處理器裝置。用于光編碼的裝置可以適應(yīng)于概率地將由光源發(fā)射的光脈沖轉(zhuǎn)換為光子。在接收設(shè)備2處，提供適當(dāng)?shù)慕獯a和檢測器裝置8。兩個設(shè)備可以被配置為發(fā)射和檢測光子。還可以提供適應(yīng)于處理檢測器輸出和記錄它們的時間軌跡的控制電子產(chǎn)品、用于無線通信的通信子系統(tǒng)以及用于控制以上組件的計算機或處理器。
[0032] 例如在大約1.3和1.55μm(微米)的域中的波長處，用于產(chǎn)生和傳輸光信號的光組件(例如，激光器、調(diào)制器、在半導(dǎo)體上的集成光學(xué))是廣泛可以獲得的，合理地運行良好的并且定價合理。然而，在接收側(cè)，盡管存在足夠好地用于在那些波長處的傳統(tǒng)通信的檢測器，但是用于量子密碼學(xué)所需要的單光子檢測器可能是低效的、有噪聲的、笨重的和/或昂貴的。本發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識到的是，更加高效的低噪聲檢測器能夠用于低于1微米的波長。還可以在介電平臺(platforms)上在那些波長處找到集成光子學(xué)技術(shù)。可以提供波長轉(zhuǎn)換以改進效率和/或解決其它問題。在基于偏振的QKD使用與要求相對低的峰強并且提供良好功率效率的晶體或波導(dǎo)一起工作的設(shè)計的情況下，以下描述的實現(xiàn)方式使用交叉偏振晶體。
[0033] 圖2公開了說明依照量子密鑰分配方案的在光接口上傳輸編碼信息之前可能的波長轉(zhuǎn)換的原理的框圖。該實施例旨在在不必?fù)p害整體性能的情況下提供在兩種不同波長范圍中存在的優(yōu)點。這是基于以下認(rèn)知：量子密碼學(xué)系統(tǒng)具有能夠容忍損耗的階段。在傳輸之前，在發(fā)射設(shè)備6中的轉(zhuǎn)換提供了通過上轉(zhuǎn)換或下轉(zhuǎn)換將波長調(diào)節(jié)到優(yōu)選技術(shù)的自由度。這能夠用于解決在編碼是高效的波長與檢測是高效的波長之間的失配。
[0034] 發(fā)射器6可以由三個主要部件組成，在圖2中它們由框10、20、30表示，它們分別用于執(zhí)行雙路徑編碼、波長轉(zhuǎn)換和偏振編碼。更具體地，第一框10可以包括光源(多個)和雙軌編碼。取決于平臺，可以在單芯片上提供這兩個組件。來自雙路徑編碼器階段10的信號輸出的光波長僅在在它的傳輸之前在20處被轉(zhuǎn)換。這可以是有利的，因為在這個階段，轉(zhuǎn)換效率不是必須非常高，而是可以容忍差的效率。特別地，即使波長轉(zhuǎn)換對于低功率光(低功率光可以用于例如功率節(jié)省原因)而言可能是低效的，但是發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)：在基于微弱脈沖的量子密鑰分配的情況下，這不是問題。實際上，在那些協(xié)議中，不論如何，光需要被衰減，以及在傳輸之前，功率被砍掉許多數(shù)量級，以便達到單個光子水平的功率。通過如此的低效波長轉(zhuǎn)換所產(chǎn)生的光子的數(shù)量對于大多數(shù)應(yīng)用而言仍然綽綽有余。在傳輸之前的轉(zhuǎn)換允許在波長域(其中，組件廣泛地可以使用，同時也使得在另一方處能夠使用更加高效的檢測器)中的光信號的高效編碼。典型地，這將意味著波長在1微米水平之下。
[0035] 例如，在泵浦光(和頻生成或四波混頻)的幫助下，可以由諸如二次諧波生成(倍頻)或上變頻的技術(shù)來執(zhí)行波長轉(zhuǎn)換。
[0036] 可以在在雙路徑上實現(xiàn)編碼的階段處執(zhí)行波長轉(zhuǎn)換。在在20處的波長轉(zhuǎn)換后，在框30處執(zhí)行從雙路徑編碼到例如偏振編碼的轉(zhuǎn)換。實際上，能夠更容易地執(zhí)行波長轉(zhuǎn)換，同時在兩個軌道上或光路徑上的所有光具有相同的偏振。這與交叉偏差的薄晶體是必要的實現(xiàn)方式相反。
[0037] 可以并行使用兩個周期極化波導(dǎo)。根據(jù)一種可能性，并行使用具有兩個準(zhǔn)直光束的體晶體(bulk?crystal)(周期極化或者不是)。這可以由單芯片或單晶體來執(zhí)行?？梢杂苫旌掀脚_來實現(xiàn)QKD發(fā)射器的完整實現(xiàn)方式，即可以由組裝在一起的不同的異構(gòu)芯片來執(zhí)行不同的功能性。
[0038] 在圖3中示出了具有光源和AM/PM調(diào)制的芯片的可能的實現(xiàn)方式的示例。在這個示例中，在磷化銦(InP)平臺11上提供光源12和雙軌編碼階段16。光源12可以包括例如集成在芯片中的激光器?？梢蕴峁┎恢灰粋€光源。為了最大化隨后的波長轉(zhuǎn)換，激光源可以是鎖模的，以便生成高于系統(tǒng)的比特速率的重復(fù)速率的脈沖。來自光源12的光經(jīng)受用于強度調(diào)制的相移。狀態(tài)可以返回到零和/或誘騙態(tài)。例如，光可以通過具有相移器13的馬赫-曾德爾干涉儀以調(diào)制光源的強度。
[0039] 在相移階段后提供分束器14。在兩個路徑15和16上的光然后在相移部件17處被雙路徑編碼。相移部件17包括：三對a，b，c相移器18。相反電壓被施加在每對的頂和底相移器。取決于那個相移器對被激活，光將經(jīng)由頂路徑15(對應(yīng)于qbit|0>)，底路徑16(qbit|1>)或者具有控制的相移的兩個路徑 在角輸出19處出來。
[0040] 根據(jù)哪個相移器具有施加的電壓，在芯片11下示出的真值表示出了比特編碼。
[0041] 圖2的第二框20提供了在相同時間處在頂和底路徑上的波長轉(zhuǎn)換。在圖4A至4C中示出了針對可能的波長轉(zhuǎn)換器的一些示例。可以在無引導(dǎo)的周期極化晶體或在體晶體(角度相位匹配的晶體)中的波導(dǎo)(例如，周期極化鈮酸鋰(PPLN)或氧化鎂(MgO)波導(dǎo))中實現(xiàn)波長轉(zhuǎn)換。在準(zhǔn)相位匹配中，所涉及的頻率沒有被彼此同相地恒定地鎖定，而是在有規(guī)律的間隔處翻轉(zhuǎn)(flip)晶體軸。用于創(chuàng)建準(zhǔn)相位匹配晶體的常用技術(shù)是周期極化。因此，這些晶體被稱為周期極化晶體。通過反轉(zhuǎn)非線性極化率，這導(dǎo)致晶體的偏振響應(yīng)與泵浦光同相被轉(zhuǎn)移回。通過創(chuàng)建非線性介質(zhì)中的周期結(jié)構(gòu)，準(zhǔn)相位匹配允許從泵浦頻率到信號和閑頻(idler?frequencies)的能量的正凈流。圖4A示出了準(zhǔn)相位匹配波導(dǎo)對的原理。圖4B示出了準(zhǔn)相位匹配體晶體。圖4C示出了可替代的角度相位匹配體晶體。
[0042] 圖2的第三框30將雙路徑編碼轉(zhuǎn)換成最終的編碼以用于傳輸。例如，在這個階段可以提供偏振編碼、時間倉-相位編碼、空間模式編碼(例如，在少模光纖)或角動量編碼。在圖5A中示出了在自由空間布置中針對偏振編碼的示例。在該示例中，在44處，路徑中的一個路徑的偏振被旋轉(zhuǎn)90度，然后在46處組合這兩個路徑。這可以經(jīng)由不對稱的馬赫-曾德干涉儀(至少一個臂是雙折射的)在自由空間中或在集成平臺(例如，二氧化硅或聚合物)中實現(xiàn)。
時間倉-相位編碼也能夠在具有不對稱的馬赫-曾德的相同類型的平臺上實現(xiàn)。在這種情況下，一個臂具有針對時間偏移的延遲線。圖5B示出了在集成芯片上如何可以提供組件42、44和46。芯片可以是例如二氧化硅(silica)或聚合物芯片。當(dāng)在部件之間的模式和偏振是類似的時，該芯片可以是彼此對接耦合。否則，自由空間模式轉(zhuǎn)換和偏振旋轉(zhuǎn)可能是必要的。
在圖2中的框40示意性地說明了這種可能性。
[0043] 圖6示出了根據(jù)針對由發(fā)送設(shè)備的光子通信的實施例的流程圖。光信號(其被生成以用于攜帶根據(jù)量子密碼學(xué)方案的編碼信息并且被分成兩個路徑，其具有第一波長)被輸入到編碼器中并且在50處同時在兩個路徑中被編碼以用于量子密碼學(xué)。然后，在52處，在兩個路徑中的編碼的光信號的波長被轉(zhuǎn)換到第二波長。在光信號被編碼以用于傳輸之前，執(zhí)行這個操作。然后，在54處，進行現(xiàn)在在第二波長上的光信號的編碼以用于傳輸。在這個階段處，能夠在單個路徑上處理光信號。
[0044] 圖7示出了在時間控制的公共基底70上的三個芯片的可能的配置。磷化銦芯片72產(chǎn)生尺度～0.5μm?x?3μm的兩個水平偏振輸出模式。這些模式被轉(zhuǎn)換到垂直偏振的8μm?x?8μm模式以被注入在下一個芯片77中。這是使用柱面透鏡73、74和球面透鏡76和半波板75的組合來實現(xiàn)的。在該示例中，第一柱面透鏡73提供垂直準(zhǔn)直，第二柱面透鏡74提供水平準(zhǔn)直。InP芯片被預(yù)期為發(fā)展使得能夠在芯片中集成這些元件中的至少一些元件。
[0045] 第二芯片77能夠被提供作為一對周期極化鈮酸鋰(PPLN)波導(dǎo)。
[0046] 第三芯片78可以是沿著路徑中的一個路徑插入的具有小型化波板的聚合物、二氧化硅或氮化硅平面光波電路(PLC)。
[0047] 這個混合芯片組合的輸出79可以被過濾以去除泵浦波長以及被操縱以朝向QKD接收器。
[0048] 光信號在改變的波長上攜帶編碼信息。借助于檢測器裝置(其適用于與改變的波長結(jié)合使用)來接收和解碼該信息。例如可以使用適用于所傳送的波長(例如，小于1.1微米的短波長)的介電集成光子電路或任何組件來進行解碼。高效的單光子檢測器用于感測在每個時間倉(其由微弱脈沖的預(yù)期到達時間來限定)中的光子的存在。QKD協(xié)議可以要求傳送器和接收器終端公開地交換信息和處理它們各自的數(shù)據(jù)以便獲得安全密鑰。
[0049] 本文中描述的實施例可以是有利的，例如因為量子密碼學(xué)操作可以裝備有各種各樣的容易獲得的高效的組件。通過將在損失能夠容忍的階段的波長調(diào)整到期望的技術(shù)，可以提供高效的、便宜和/或緊湊的基于量子密碼學(xué)的系統(tǒng)。在某些實施例中，可以使用與更成熟的鈮酸鋰、硅基二氧化硅(Silica-on?Silicon)或聚合物平臺組合的集成光子平臺(諸如絕緣體上的二氧化硅或磷化銦)。也可能的是，使用高效和便宜的單光子檢測器，例如硅雪崩光敏二極管。
[0050] 移動設(shè)備、基站和其它通信設(shè)備典型地由至少一個適當(dāng)?shù)?a href='/zhuanli/list-18539-1.html' target='_blank'>控制器裝置來控制，以便使得能夠它們的操作以及在設(shè)備和/或基站之間的無線通信的控制?？刂蒲b置可以與其它控制實體互連。圖8說明了控制裝置的示例，該控制裝置能夠依照實施例進行操作，例如被耦合到圖1的設(shè)備1和設(shè)備2和/或用于控制設(shè)備1和設(shè)備2?？刂蒲b置可以被配置為依照上述某些實施例借助于數(shù)據(jù)處理設(shè)備來提供與各種信息的確定、各種實體之間的信息的生成和通信相關(guān)聯(lián)的控制功能，以及/或基于此類信息的控制功能。出于這個目的，控制裝置包括：至少一個存儲器31、至少一個數(shù)據(jù)處理單元32、33和輸入/輸出接口34。控制裝置可以經(jīng)由該接口耦合到相關(guān)節(jié)點的接收器和/或傳送器?？刂蒲b置可以被配置為運行適當(dāng)?shù)?a href='/zhuanli/list-15007-1.html' target='_blank'>軟件代碼以提供控制功能。
[0051] 根據(jù)示例，提供適當(dāng)?shù)难b置或構(gòu)件以用于處理用于量子密碼學(xué)的光信號，其包括量子密碼學(xué)編碼構(gòu)件以用于編碼光信號，該光信號具有第一波長并且被布置在至少兩個信號路徑上，波長轉(zhuǎn)換構(gòu)件以用于在光信號被變換以用于傳輸之前將在至少兩個信號路徑上的編碼的光信號的波長轉(zhuǎn)換到第二波長，以及傳輸編碼器構(gòu)件以用于編碼光信號以用于傳輸。
[0052] 可以借助于一個或多個數(shù)據(jù)處理器和其它硬件和軟件來提供在有關(guān)設(shè)備處的所需的數(shù)據(jù)處理裝置、功能和電路。可以由分離的處理器或由集成的處理器來提供所描述的功能。數(shù)據(jù)處理裝置可以具有適應(yīng)于本地技術(shù)環(huán)境的任何類型，以及可以包含以下中的一個或多個：作為非限制性示例，通用計算機、專用計算機、微處理器、數(shù)字信號處理器(DSP)、專用集成電路(ASIC)、門級電路和基于雙核或多核處理器架構(gòu)的處理器?？梢钥缭饺舾蓴?shù)據(jù)處理模塊來分布數(shù)據(jù)處理。可以借助于例如至少一個芯片來提供數(shù)據(jù)處理器。還可以在相關(guān)設(shè)備中提供適當(dāng)?shù)拇鎯δ芰?。存儲器或多個存儲器可以具有適合于本地技術(shù)環(huán)境的任何類型，以及可以使用任何合適的數(shù)據(jù)存儲技術(shù)來實現(xiàn)，諸如基于半導(dǎo)體的存儲設(shè)備、磁存儲設(shè)備和系統(tǒng)、光存儲設(shè)備和系統(tǒng)、固定存儲器和可移動存儲器，其包括適當(dāng)類型的隨機存取存儲器(RAM)和只讀存儲器(ROM)。
[0053] 一般地，可以在硬件或?qū)Ｓ秒娐?、軟件、邏輯或其任何組合中來實現(xiàn)各種示例性實施例。可以在硬件中實現(xiàn)本發(fā)明的一些方面，而在可以由控制器、微處理器或其它計算設(shè)備運行的固件或軟件中實現(xiàn)其它方面，盡管本發(fā)明不限制于此。雖然本發(fā)明的各種方面可以被說明或描述成框圖、流程圖或使用一些其它圖示表示，但是很好理解的是，可以在作為非限制性示例的硬件、軟件、固件、專用電路或邏輯(例如用于控制通信、用戶接口、和數(shù)據(jù)處理)、通用硬件或控制器或其它計算設(shè)備或其一些組合中來實現(xiàn)本文中描述的這些框、裝置、技術(shù)或方法。軟件可以被存儲在諸如存儲芯片的物理介質(zhì)上，或存儲在被實現(xiàn)在處理器內(nèi)的存儲塊上，諸如硬盤或軟盤的磁介質(zhì)以及諸如例如DVD和其數(shù)據(jù)變型CD的光介質(zhì)，以及云存儲布置。
[0054] 如本文所使用的，詞語“電路”指以下中的全部：(a)僅硬件電路實現(xiàn)(例如，在模擬電路和/或數(shù)字電路中的實現(xiàn)方式)；(b)電路和軟件(和/或固件)的組合，諸如(如果適用的話)：(i)處理器(多個)的組合或(ii)處理器(多個)/軟件、軟件和存儲器(多個)的部分(其包括數(shù)字信號處理器(多個))，它們一起工作以使得裝置(諸如移動電話或服務(wù)器)執(zhí)行各種功能；以及(c)要求用于運行的軟件或固件的電路(諸如，微處理器(多個)或微處理器(多個)的一部分)，即使所述軟件或固件不是物理呈現(xiàn)的。電路的這種定義應(yīng)用于本說明書中(包括在任何權(quán)利要求中)的這個詞語的所有使用。作為進一步示例，如本說明書所使用的，詞語“電路”還涵蓋僅處理器(或多個處理器)或處理器的一部分以及它(或它們的)伴隨的軟件和/或固件的實現(xiàn)方式。詞語電路例還涵蓋例如以及如果適用的話：用于移動電話的特定的要求保護的元件、基帶集成電路或應(yīng)用處理器集成電路。
[0055] 需要注意的是，盡管已經(jīng)使用移動通信設(shè)備和移動系統(tǒng)作為示例描述了實施例，但是類似的原理能夠應(yīng)用于可以基于在通信設(shè)備之間的量子密碼學(xué)機制來提供安全的任何其他系統(tǒng)。例如，替代在移動臺和基站之間的通信，或者可以在兩個移動設(shè)備之間，或在兩個固定設(shè)備或半靜態(tài)設(shè)備之間提供機器類型終端通信。例如，可以在不提供固定設(shè)備而是例如在自組織網(wǎng)絡(luò)中借助于多個用戶設(shè)備來提供通信系統(tǒng)的情況下，應(yīng)用該原理。還可以在固定放置的設(shè)備之間和在使得能夠光信號通信的介質(zhì)上(例如經(jīng)由光纖通信的設(shè)備之間)發(fā)生通信。因此，盡管以上參照針對無線網(wǎng)絡(luò)、技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)的某些例示架構(gòu)，通過示例描述了某些實施例，但是實施例可以應(yīng)用于不同于本文說明和描述的那些通信系統(tǒng)的任何合適形式的通信系統(tǒng)。
[0056] 上述描述已經(jīng)通過示例性和非限制性的示例提供了本發(fā)明的示例實施例的全面和教示性的描述。然而，當(dāng)結(jié)合附圖和所附權(quán)利要求書來閱讀時，鑒于上述描述，對于相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，各種修改和適應(yīng)可以變得明顯。然而，本發(fā)明的教示的所有此類和類似修改仍然將落入如在所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。實際上，存在包括先前論述的任何其它實施例中的一個或多個實施例的組合的另外的實施例。
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