11、量子密钥分发（QKD）系统技术解析

量子密钥分发（QKD）系统技术解析

1. 引言

量子密钥分发（QKD）系统旨在利用量子力学原理，为远程通信双方提供绝对安全的密钥，从而保障通信的安全性。目前有七种QKD系统成为构建QKD网络原型的候选方案，分别是：
- 即插即用系统（PP）
- 单向弱相干脉冲QKD（东芝，采用相位编码）
- 相干单向系统（COW，采用时间编码）
- 连续变量系统（CV）
- 基于纠缠的QKD系统（EB）
- 自由空间QKD系统（FS）
- 低成本QKD系统（LC）

下面将详细介绍其中三种QKD系统的技术细节和工作原理。

2. 即插即用（PP）系统

2.1 系统概述

即插即用（PP）系统是一种长距离（可达67 km）的光纤QKD系统，工作在电信波长（1550 nm），采用标准电信组件。该系统通过两个连续脉冲之间的相对相位对量子比特进行编码，并使用具有主动相位调制的非平衡干涉仪进行分析，能够自动补偿光纤中的偏振旋转。

2.2 工作原理

• 脉冲生成与分离 ：Bob端的激光L产生强线性偏振光子脉冲，频率为5 MHz（周期200 ns）。光束在50/50分束器BS处分为两部分，长臂包含10 m（50 ns）的延迟线DL，短臂将线性偏振旋转90°。两束光在偏振分束器PBS处重新组合，由于脉冲的正交偏振态，它们以50 ns的时间延迟从同一端口输出。
• 脉冲传输与编码 ：脉冲传输到Alice端，经过10/90分束器BS10/90（90%的光强被