Author Affiliations
Abstract
1 Guangdong Provincial Key Laboratory of Quantum Engineering and Quantum Materials, School of Information and Optoelectronic Science and Engineering, South China Normal University, Guangzhou 510006, China
2 Guangdong Polytechnic Institute, Guangzhou 510091, China
The quantum key distribution (QKD) network is a promising solution for secure communications. In this paper, we proposed a polarization-independent phase-modulated polarization encoding module, and it can be combined with a dense wavelength division multiplexer (DWDM) to achieve multi-user QKD. We experimentally test the encoding module with a repetition rate of 62.5 MHz, and its average quantum bit error rate (QBER) is as low as 0.4%. Finally, we implement a principle verification test for simultaneous QKD for 1 to 2 users in 100 min, and the average QBER of two users under the transmission distance of 1 km and 5 km is kept below 0.8%. Due to the use of polarization encoding, the module can also realize scalable network architecture in free-space QKD systems in the future.
quantum key distribution polarization encoding wavelength division multiplexing quantum networks Chinese Optics Letters
2022, 20(12): 122701
华南师范大学信息光电子科技学院, 广东省量子调控工程与材料重点实验室, 广东 广州 510006
在光纤中传输的光信号,其偏振态(SOP)会受到外界环境的影响而发生随机变化,因此在偏振复用光纤通信系统、偏振编码光纤量子密钥分发(QKD)等系统中,需要插入光纤信道偏振补偿模块对光纤中随机双折射效应引起的偏振态变化进行实时补偿,以保证相应通信系统能够正常工作。根据波分复用光纤信道偏振补偿的理论模型,实现了偏振态相互共轭的两路参考光的制备,采用集成化的偏振探测器对实时变化的偏振态进行检测。在此基础上,提出了一种可以实时补偿光纤信道偏振变化的实验系统,该系统可以应用于偏振复用的光纤通信系统中,也可应用于光纤QKD系统中。实验数据表明,所设计的实验系统可以保障QKD在5 km传输距离下连续稳定运行8 h以上,量子比特误码率为1.96%。
光通信 量子密钥分发 随机双折射 偏振补偿 共轭 光学学报
2020, 40(14): 1406003
1 华南师范大学信息光电子科技学院广东省微纳光子功能材料与器件重点实验室, 广东 广州 510006
2 华南师范大学物理与电信工程学院广东省量子调控工程与材料重点实验室, 广东 广州 510006
3 广东理工职业学院工程技术系, 广东 广州510091
4 陕西理工学院物理与电信工程学院, 陕西 汉中723000
量子密钥分发采用单光子作为信息载体，结合经典保密通信系统中的一次一密体制，可在理论上实现绝对安全的保密通信。采用拉格朗日乘数法对只选择一种算子的主动相位补偿攻击模型的量子误码率进行了系统分析，得到了量子误码率的分布规律。在此基础上，对结合多种算子进行测量的攻击模型进行了理论模拟，结果显示，在选择不同算子进行攻击时，附加误码率随着比特比值（最终量子密钥中比特0和比特1的比值）的变化而变化，在比特比值接近1的情况下，窃听所引入的附加误码率也不同，这对基于经典交互过程的实际安全性问题的研究有一定的参考价值。
量子光学 量子密钥分发 主动相位补偿 量子误码率 互信息 激光与光电子学进展
2016, 53(7): 072701
华南师范大学 信息光电子科技学院， 光子信息技术广东普通高校重点实验室， 广州 510006
提出一种新的不间断的主动相位补偿方案，在进行量子密钥分发的同时统计不匹配基量子比特在干涉仪不同输出端口上的随机计数分布，给出了由不匹配基量子比特统计数值计算相位漂移参数的计算公式,并由统计数值计算得到相位漂移参数。结果表明：该方案允许系统并行处理量子密钥分发与相位补偿，也充分利用了在原BB84协议中会被丢弃的不匹配基量子比特信息。
量子密钥分发 主动相位补偿 不匹配基 不间断式 quantum key distribution active phase compensation incompatible basis uninterrupted scheme
华南师范大学信息光电子科技学院，光子信息技术广东省高校重点实验室, 广东 广州 510631
就时间抖动对相位编码量子密钥分发(QKD)系统量子误码率(QBER)的影响进行了系统的分析，建立了相位编码QKD系统量子误码率和时间抖动关系的物理模型，给出了单光子脉冲的一般波形函数和量子误码率之间的关系。针对高斯脉冲分布，导出了时间抖动引起的相位编码QKD系统的量子误码率与脉冲宽度和时间抖动分布参数之间的定量关系。得出高斯分布的单光子脉冲在确定的时间抖动分布的情况下系统的量子误码率。提出了通过控制系统抖动参数和单光子脉冲宽度来减小系统量子误码率的方法。
量子密钥分发 相位编码 量子误码率 时间抖动
华南师范大学信息光电子科技学院光子信息技术广东省高校重点实验室, 广东 广州 510006
铌酸锂行波相位调制器在光纤通信和相位编码光纤量子密钥分发等领域有着广泛的应用，其半波电压参数的测量会受到一系列因素的影响而带来误差，该误差直接影响了所应用系统的整体性能。针对行波相位调制器在相位编码量子密钥分发系统中的应用模型，提出了一种基于萨尼亚克光纤干涉环的相位调制器半波电压的测量方法，由于测量装置采用了和应用模型相同的调制方式，所以测量数据具有较高的可靠性。实验针对住友公司的行波相位调制器实现了10 mV精度的半波电压测量，将之应用于差分相位编码量子密钥分发系统，得到了比采用传统的极值法测量得到的半波电压更低的误码率，为量子密钥分发系统中相位调制器半波电压的准确测量和相位电压的准确加载提供了一种有参考价值的实验方法。
测量 量子密钥分发 相位编码 相位调制器 半波电压
1 广东广播电视大学, 广东理工职业学院 工程技术系, 广州 510091
2 华南师范大学 信息光电子科技学院, 光子信息技术广东普通高校重点实验室, 广州 510006
根据量子密钥分发协议的原理和单光子探测器的工作模式系统分析了单光子探测器性能对量子密钥分发系统影响的物理模型, 给出了单光子探测器暗计数和量子效率对系统筛选码率和量子误码率等指标产生影响的计算公式, 并通过对各类量子密钥分发系统的比较, 推导出了适用于一般量子密钥分发系统的普适结果。结果表明, 在同等条件下采用较少的探测时间门可以提高量子密钥分发系统的性能。
量子密钥分发 单光子探测技术 暗计数 筛选码率 量子误码率 quantum key distribution single photon detection technology dark count sifted rate quantum bit error rate
华南师范大学 信息光电子科技学院光子信息技术广东省高校重点实验室,广州 510631
采用两种不同的皮秒光脉冲波形进行了门模单光子探测实验.测量了单光子探测效率随探测器和超短脉冲光源之间的同步延迟细微调节时的变化曲线.结果表明：光脉冲波形直接影响光子到达时间与门脉冲时间窗口之间的精确同步和探测效率, 使用其中一种脉宽较短的皮秒光脉冲时探测效率比使用另一种脉冲提高了约9%.
单光子探测 超短光脉冲 门模式 探测效率 Single photon detection Ultra-short laser pulse Gate-mode Detection efficiency
华南师范大学光子信息技术重点实验室， 广东 广州 510006
利用无源抑制技术，研究了盖革模式下雪崩光电二极管(APD)的电流-电压特性。发现光电流和暗电流的一个显著区别是暗电流不反映贯穿特性，这是光生载流子和热载流子有不同统计分布的实验证据，也说明在盖革模式下，暗计数增加比光子探测效率增加更快的原因是由于载流子收集效率不同引起的。根据其贯穿特性适当选择盖革模式下APD的反偏压可提高单光子探测器的信噪比。
单光子探测 盖革模式 雪崩光电二极管 贯穿深度 single photon detector Geiger mode APD punch-through
