简易化连续变量量子密钥分发系统方案

2022年5月，上海交通大学量子感知与信息处理研究所（QSIP）量子通信团队提出了基于极简高稳定调制结构的连续变量量子密钥分发（Continuous-Variable Quantum Key Distribution，简称CV-QKD）系统的方案。其核心技术是基于Sagnac环结构的高斯调制方案，通过在调制部分仅使用一个相位调制器（phase modulator， PM），解决了由强度调制器需要稳偏装置所引起的成本问题，且在长时间的工作中能保持高水平的稳定性，在50公里的传输距离下预期的安全密钥率可以维持在80kbps，为新一代高稳定和低复杂度的CV-QKD系统提供了新的可能性。相关工作发表在权威光学期刊《Optics Letters》上。

简化光路一直是QKD发展的关键之一。通过对光路结构的简化，不仅可以降低系统的成本，还可以扩大QKD的使用场景。然而在以往的工作中，CV-QKD高斯调制方案中的发射机通常采用强度调制器和相位调制器级联的方式，导致偏置电压会随时间发生漂移，严重影响到系统的性能，且常需通过增加稳偏装置来解决此问题，进而增加了系统的复杂性。

该成果实现了基于Sagnac环极简高稳定调制结构的新一代连续变量量子密钥分发系统。研究人员利用Sagnac环结构，在高斯调制部分仅用到一个相位调制器，降低了实现的成本，同时也提高了系统的稳定性。具体而言，光载波脉冲经环形器和分束器后形成两个等功率的脉冲，分别沿着Sagnac环的顺时针和逆时针传输并被PM调制。调制后的顺时针和逆时针光脉冲同时回到分束器合成一束并经环形器向后传输。研究人员分别利用Anderson-Darling（AD），Jarque-Bera（JB）和Shapiro-Wilk（SW）正态分布检验方法对调制数据和接收数据进行检验分析，并采用线性回归对调制数据和接收数据进行数据一致性的评估。此外，研究人员进行了10小时的测试，记录与高斯性相关的参数变化（偏度，峰度，决定系数）。结果表明在长时间的工作中，数据依然可以保持较高的高斯性，且在50公里的传输距离下预期的安全密钥率可以维持在80kbps。

密钥率等性能分布

论文的第一作者是上海交通大学量子感知与信息处理研究中心硕士研究生赵焕熹，通讯作者是王涛助理教授，曾贵华教授。该工作得到了科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金，上海市重大专项以及广东省重点研发计划的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1364/OL.458443