CN204408350U - 实用化三方量子通信*** - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种实用化三方量子通信***，包括第一量子单元、第二量子单元、第三量子单元和第四量子单元，第一量子单元、第二量子单元、第三量子单元均包括脉冲光源和偏振时间编码模块，偏振时间编码模块的输入端与脉冲光源连接，偏振时间编码模块的输出端、第二偏振时间编码模块的输出端、第三偏振时间编码模块的输出端分别通过至少一条量子信道与第四量子单元连接，第四量子单元具有六个单光子探测器。本实用新型对所有探测器的攻击天然免疫，通过后选择GHZ态能够将多方量子通信的实际通信距离拓展到百公里量级，从而极大地推动了实际的多方量子通信方案的可行性和实用化。

Description

实用化三方量子通信***

技术领域

本发明涉及光传输通信领域，尤其是指一种实用化三方量子通信***。

背景技术

量子通信是量子力学与现代密码学结合的新兴学科，量子通信包括了量子密钥分发、量子隐形传态、量子秘密共享、量子密钥协商、三人量子密码、量子身份认证等研究方向，而量子秘密共享、量子密钥协商、三人量子密码属于多方量子通信，由于他们具有一些特殊的性质而被国际上众多的学者和技术人员高度关注。由于量子秘密共享、量子密钥协商、三人量子密码等多方量子通信是以量子力学的基本原理为基础的，再加上“一次一密”的通信方式保证了通信能够处于物理水平上的绝对安全，因此它们对于保密性非常重要的国防与外交单位、大型金融企业和大型高科技企业等而言无疑是非常重要的。

从1999年第一个量子秘密共享方案(Physical Review A59,18291999)提出至今已经有十几年的时间，第一个方案一经提出便引起了国际上的广泛关注，随后涌现出了众多的改进与变化的方案，但是这些方案都存在一个重要的问题：高保真GHZ态的分发距离非常有限，而且GHZ态的制备也是一个比较困难的问题。目前，GHZ态实际分发距离的最远记录不到1公里(Nature Photonics 8,2922014)，该实验以短文的形式发表在最好的光子学期刊Nature Photonics上，并引起了各国媒体的广泛报道。基于上述原因，实际可使用的多方量子通信只能是一个理论方案，远距离可实用化的多方量子通信对于学者们来说是非常大的理论与技术挑战。

实用新型内容

为了解决现有多方量子通信高保真GHZ态制备困难且无法应用于远距离分发的问题，本实用新型提出了一种实用化三方量子通信方法及***，对所有探测器的攻击天然免疫，通过后选择GHZ态能够将多方量子通信的实际通信距离拓展到百公里量级，从而极大地推动了实际的多方量子通信方案的可行性和实用化。

本实用新型采用的技术方案是：包括第一量子单元、第二量子单元、第三量子单元和第四量子单元，所述的第一量子单元包括第一脉冲光源和第一偏振时间编码模块，第一偏振时间编码模块的输入端与第一脉冲光源连接，所述的第二量子单元包括第二脉冲光源和第二偏振时间编码模块，第二偏振时间编码模块的输入端与第二脉冲光源连接，所述的第三量子单元包括第三脉冲光源和第三偏振时间编码模块，第三偏振时间编码模块的输入端与第三脉冲光源连接，第一偏振时间编码模块的输出端、第二偏振时间编码模块的输出端、第三偏振时间编码模块的输出端分别通过至少一条量子信道与第四量子单元连接，所述的第四量子单元具有六个单光子探测器。

作为优选，所述的第一偏振时间编码模块包括第一偏振控制器、第一环形器、第一偏振分束器和第一相位调制器，所述的第二偏振时间编码模块包括第二偏振控制器、第二环形器、第二偏振分束器和第二相位调制器，所述的第三偏振时间编码模块包括第三偏振控制器、第三环形器、第三偏振分束器和第三相位调制器，第四量子单元包括第四偏振控制器、第五偏振控制器、第六偏振控制器、第四偏振分束器、第五偏振分束器、第七偏振控制器、第八偏振控制器、第九偏振控制器、第六偏振分束器、第七偏振分束器、第八偏振分束器、第一单光子探测器、第二单光子探测器、第三单光子探测器、第四单光子探测器、第五单光子探测器和第六单光子探测器，第一环形器、第二环形器和第三环形器均具有A端、B端和C端，第一偏振分束器、第二偏振分束器、第三偏振分束器、第六偏振分束器、第七偏振分束器、第八偏振分束器均具有A端、B端和C端，第四偏振分束器、第五偏振分束器均具有A端、B端、C端和D端，第一偏振控制器的输入端与第一脉冲光源连接，第一偏振控制器的输出端与第一环形器的A端连接，第一环形器的B端连接第一偏振分束器的A端，第一相位调制器的两端分别连接第一偏振分束器的B端、C端，第一环形器的C端通过量子信道连接第四偏振控制器的输入端，第二偏振控制器的输入端与第二脉冲光源连接，第二偏振控制器的输出端与第二环形器的A端连接，第二环形器的B端连接第二偏振分束器的A端，第二相位调制器的两端分别连接第二偏振分束器的B端、C端，第二环形器的C端通过量子信道连接第五偏振控制器的输入端，第三偏振控制器的输入端与第三脉冲光源连接，第三偏振控制器的输出端与第三环形器的A端连接，第三环形器的B端连接第三偏振分束器的A端，第三相位调制器的两端分别连接第三偏振分束器的B端、C端，第三环形器的C端通过量子信道连接第六偏振控制器的输入端，第四偏振控制器的输出端连接第四偏振分束器的B端，第五偏振控制器的输出端连接第四偏振分束器的A端，第六偏振控制器的输出端连接第五偏振分束器的A端，第四偏振分束器的D端与第五偏振分束器的B端连接，第四偏振分束器的C端连接第七偏振控制器的输入端，第七偏振控制器的输出端连接第六偏振分束器的A端，第六偏振分束器的B端连接第一单光子探测器，第六偏振分束器的C端连接第二单光子探测器，第五偏振分束器的C端连接第八偏振控制器的输入端，第八偏振控制器的输出端连接第七偏振分束器的A端，第七偏振分束器的B端连接第三单光子探测器，第七偏振分束器的C端连接第四单光子探测器，第五偏振分束器的D端连接第九偏振控制器的输入端，第九偏振控制器的输出端连接第八偏振分束器的A端，第八偏振分束器的B端连接第五单光子探测器，第八偏振分束器的C端连接第六单光子探测器。

作为另一优选，所述的第一偏振时间编码模块包括第一分束器、第一强度调制器、第二强度调制器和第一相位调制器，所述的第二偏振时间编码模块包括第二分束器、第三强度调制器、第四强度调制器和第二相位调制器，所述的第三偏振时间编码模块包括第三分束器、第五强度调制器、第六强度调制器和第三相位调制器，第四量子单元包括第四分束器、第五分束器、第六分束器、第一单光子探测器、第二单光子探测器、第三单光子探测器、第四单光子探测器、第五单光子探测器和第六单光子探测器，第一分束器、第二分束器和第三分束器均具有A端、B端和C端，第四分束器、第五分束器、第六分束器均具有A端、B端、C端和D端，第一分束器的A端与第一脉冲光源连接，第一分束器的B端连接第一强度调制器的输入端，第一强度调制器的输出端通过量子信道连接第四分束器的A端，第一分束器的C端连接第二强度调制器的输入端，第二强度调制器的输出端连接第一相位调制器的输入端，第一相位调制器的输出端通过量子信道连接第五分束器的B端，第二分束器的A端与第二脉冲光源连接，第二分束器的B端连接第三强度调制器的输入端，第三强度调制器的输出端通过量子信道连接第五分束器的A端，第二分束器的C端连接第四强度调制器的输入端，第四强度调制器的输出端连接第二相位调制器的输入端，第二相位调制器的输出端通过量子信道连接第六分束器的B端，第三分束器的A端与第三脉冲光源连接，第三分束器的B端连接第五强度调制器的输入端，第五强度调制器的输出端通过量子信道连接第六分束器的A端，第三分束器的C端连接第六强度调制器的输入端，第六强度调制器的输出端连接第三相位调制器的输入端，第三相位调制器的输出端通过量子信道连接第四分束器的B端，第四分束器的C端连接第一单光子探测器，第四分束器的D端连接第二单光子探测器，第五分束器的C端连接第三单光子探测器，第五分束器的D端连接第四单光子探测器，第六分束器的C端连接第五单光子探测器，第六分束器的D端连接第六单光子探测器。

作为优选，所述的量子信道均为光纤或自由空间或光波导。本发明中，量子信道采用光纤、自由空间、光波导等传输媒介都适用。

本发明的有益效果是：对所有探测器的攻击天然免疫，通过后选择GHZ态能够将多方量子通信的实际通信距离拓展到百公里量级，从而极大地推动了实际的多方量子通信方案的可行性和实用化。

附图说明

图1是本实用新型的一种结构示意图；

图2是本实用新型的另一种结构示意图。

图中，1-第一量子单元，2-第二量子单元，3-第三量子单元，4-第四量子单元，5-量子信道，11-第一脉冲光源，12-第一偏振控制器，13-第一环形器，14-第一偏振分束器，15-第一相位调制器，16-第一分束器，17-第一强度调制器，18-第二强度调制器，19-第一相位调制器，21-第二脉冲光源，22-第二偏振控制器，23-第二环形器，24-第二偏振分束器，25-第二相位调制器，26-第二分束器，27-第三强度调制器，28-第四强度调制器，29-第二相位调制器，31-第三脉冲光源，32-第三偏振控制器，33-第三环形器，34-第三偏振分束器，35-第三相位调制器，36-第三分束器，37-第五强度调制器，38-第六强度调制器，39-第三相位调制器，41-第四偏振控制器，42-第五偏振控制器，43-第六偏振七控制器，44-第四偏振分束器，45-第五偏振分束器，46-第七偏振控制器，47-第八偏振控制器，48-第九偏振控制器，49-第六偏振分束器，50-第七偏振分束器，51-第八偏振分束器，52-第四分束器，53-第五分束器，54-第六分束器，61-第一单光子探测器，62-第二单光子探测器，63-第三单光子探测器，64-第四单光子探测器，65-第五单光子探测器，66-第六单光子探测器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

实施例1

如图1所示，一种实用化多方量子通信***，包括第一量子单元1(Alice)、第二量子单元2(Bob)、第三量子单元3(Chalice)和作为中心节点的第四量子单元4(David)，第一量子单元1包括第一脉冲光源11和第一偏振时间编码模块，第一偏振时间编码模块的输入端与第一脉冲光源11连接，第二量子单元2包括第二脉冲光源21和第二偏振时间编码模块，第二偏振时间编码模块的输入端与第二脉冲光源21连接，第三量子单元3包括第三脉冲光源31和第三偏振时间编码模块，第三偏振时间编码模块的输入端与第三脉冲光源31连接，第一偏振时间编码模块的输出端、第二偏振时间编码模块的输出端、第三偏振时间编码模块的输出端通过一条量子信道5与第四量子单元4连接，第四量子单元4具有六个单光子探测器。量子信道5为光纤或自由空间或光波导。

其中，第一偏振时间编码模块包括第一偏振控制器12、第一环形器13、第一偏振分束器14和第一相位调制器15，第二偏振时间编码模块包括第二偏振控制器22、第二环形器23、第二偏振分束器24和第二相位调制器25，第三偏振时间编码模块包括第三偏振控制器32、第三环形器33、第三偏振分束器34和第三相位调制器35，第四量子单元包括第四偏振控制器41、第五偏振控制器42、第六偏振控制器43、第四偏振分束器44、第五偏振分束器45、第七偏振控制器46、第八偏振控制器47、第九偏振控制器48、第六偏振分束器49、第七偏振分束器50、第八偏振分束器51、第一单光子探测器61、第二单光子探测器62、第三单光子探测器63、第四单光子探测器64、第五单光子探测器65和第六单光子探测器66，第一环形器13、第二环形器23和第三环形器33均具有A端、B端和C端，第一偏振分束器14、第二偏振分束器24、第三偏振分束器34、第六偏振分束器49、第七偏振分束器50、第八偏振分束器51均具有A端、B端和C端，第四偏振分束器44、第五偏振分束器45均具有A端、B端、C端和D端，第一偏振控制器12的输入端与第一脉冲光源11连接，第一偏振控制器12的输出端与第一环形器13的A端连接，第一环形器13的B端连接第一偏振分束器14的A端，第一相位调制器15的两端分别连接第一偏振分束器14的B端、C端，第一环形器13的C端通过量子信道连接第四偏振控制器41的输入端，第二偏振控制器22的输入端与第二脉冲光源21连接，第二偏振控制器22的输出端与第二环形器23的A端连接，第二环形器23的B端连接第二偏振分束器24的A端，第二相位调制器25的两端分别连接第二偏振分束器24的B端、C端，第二环形器23的C端通过量子信道连接第五偏振控制器的42输入端，第三偏振控制器32的输入端与第三脉冲光源31连接，第三偏振控制器32的输出端与第三环形器33的A端连接，第三环形器33的B端连接第三偏振分束器34的A端，第三相位调制器35的两端分别连接第三偏振分束器34的B端、C端，第三环形器33的C端通过量子信道连接第六偏振控制器43的输入端，第四偏振控制器41的输出端连接第四偏振分束器44的B端，第五偏振控制器42的输出端连接第四偏振分束器44的A端，第六偏振控制器43的输出端连接第五偏振分束器45的A端，第四偏振分束器44的D端与第五偏振分束器45的B端连接，第四偏振分束器44的C端连接第七偏振控制器46的输入端，第七偏振控制器46的输出端连接第六偏振分束器49的A端，第六偏振分束器49的B端连接第一单光子探测器61，第六偏振分束器49的C端连接第二单光子探测器62，第五偏振分束器45的C端连接第八偏振控制器47的输入端，第八偏振控制器47的输出端连接第七偏振分束器50的A端，第七偏振分束器50的B端连接第三单光子探测器63，第七偏振分束器50的C端连接第四单光子探测器64，第五偏振分束器45的D端连接第九偏振控制器48的输入端，第九偏振控制器48的输出端连接第八偏振分束器51的A端，第八偏振分束器51的B端连接第五单光子探测器65，第八偏振分束器51的C端连接第六单光子探测器66。

第一环形器13、第二环形器23和第三环形器33的作用是使从第一环形器13、第二环形器23和第三环形器33的A端输入的光从第一环形器13、第二环形器23和第三环形器33的B端输出，使从第一环形器13、第二环形器23和第三环形器33的B端输入的光从第一环形器13、第二环形器23和第三环形器33的C端输出；第一偏振控制器12、第二偏振控制器22、第三偏振控制器32、第四偏振控制器41、第五偏振控制器42、第六偏振控制器43、第七偏振控制器46、第八偏振控制器47、第九偏振控制器48用于调制光脉冲的偏振；第一偏振分束器14、第二偏振分束器24、第三偏振分束器34、第四偏振分束器44、第五偏振分束器45、第六偏振分束器49、第七偏振分束器50、第八偏振分束器51透射水平偏振的光脉冲反射垂直偏振的光脉冲；第一相位调制器15、第二相位调制器25、第三相位调制器35用于调制水平偏振月垂直偏振光脉冲之间的相对相位；第一单光子探测器61、第二单光子探测器62、第三单光子探测器63、第四单光子探测器64、第五单光子探测器65、第六单光子探测器66用于探测每个光脉冲。

其中，第一偏振控制器12、第二偏振控制器22、第三偏振控制器32控制光脉冲的偏振，使入射到第一偏振分束器14、第二偏振分束器24、第三偏振分束器34的光脉冲分别透射和反射成两路功率相等的光脉冲，比如让水平偏振的光脉冲变成45度偏振的光脉冲；第七偏振控制器46、第八偏振控制器47、第九偏振控制器48的作用是对光脉冲偏振量子态做一个U变换，等效地使第六偏振分束器49、第七偏振分束器50、第八偏振分束器51从H/V基矢下的投影测量变换到+45/-45度基矢下的投影测量；第一相位调制器15、第二相位调制器25、第三相位调制器35单独对一个光脉冲进行相位调制，而另一个光脉冲不进行相位调制，使两个脉冲形成一个可精确调制的相位差，从而制备出需要的量子态；第一脉冲光源11、第二脉冲光源21、第三脉冲光源31是利用内调制和外调制斩波方法得到的光脉冲，对于外调制斩波得到的光脉冲要进行相位随机化，可以经衰减器衰减后的激光脉冲光源、量子点单光子源、触发参量下转换源等得到。

第一脉冲光源11发送线性偏振的光脉冲输入到第一偏振控制器12，光脉冲的偏振量子态经过第一偏振控制器12的幺正变换后变为水平偏振与垂直偏振的相干叠加从第一环形器13的A端输入、从第一环形器13的B端输出，输入到第一偏振分束器14的A端，经过第一偏振分束器14透射和反射成两路偏振相互垂直的两个光脉冲，分别从第一偏振分束器14的B端输出水平偏振光脉冲|H＞和第一偏振分束器14的C端4C输出垂直偏振光脉冲|v＞，水平和垂直偏振的光脉冲都被第一偏振分束器14分到保偏跳线的慢轴上传输，水平偏振光脉冲|H＞经过第一相位调制器15后与垂直偏振光脉冲|V＞经过第一相位调制器15后在第一偏振分束器14上进行合束，经过第一偏振分束器14后发生偏振干涉形成光脉冲偏振量子态后从第一偏振分束器14的A端输出，从第一环形器13的B端输入，再从第一环形器13的C端输出，经过量子信道5到达中心节点David；Bob用第二脉冲光源21发送线性偏振的光脉冲输入到第二偏振控制器22，光脉冲的偏振量子态经过第二偏振控制器22的幺正变换后变为水平偏振与垂直偏振的相干叠加态从第二环形器23的A端输入、从第二环形器23的B端输出，输入到第二偏振分束器24的A端，经过第二偏振分束器24透射和反射成两路偏振相互垂直的两个光脉冲，分别从第二偏振分束器24的B端输出水平偏振光脉冲|H＞和第二偏振分束器24的C端输出垂直偏振光脉冲|V＞，水平和垂直偏振的光脉冲都被第二偏振分束器24分到保偏跳线的慢轴上传输，水平偏振光脉冲|H＞经过第二相位调制器25，与垂直偏振光脉冲|V＞经过第二相位调制器25后在第二偏振分束器24上进行合束，经过第二偏振分束器24后发生偏振干涉形成光脉冲偏振量子态后从第二偏振分束器24的A端输出，从第二环形器23的B端输入再从第二环形器23的C端输出，经过量子信道5到达中心节点David；Charlie用第三脉冲光源31发送线性偏振的光脉冲输入到第三偏振控制器32，光脉冲的偏振量子态经过第三偏振控制器32作幺正变换后变为水平偏振与垂直偏振的相干叠加从第三环形器33的A端输入、从第三环形器33的B端输出，从第三偏振分束器34的A端输入，经过第三偏振分束器34透射和反射成两路偏振相互垂直的两个光脉冲，分别从第三偏振分束器34的B端输出水平偏振光脉冲|H＞和第三偏振分束器34的C端输出垂直偏振光脉冲|V＞，水平和垂直偏振的光脉冲都被第三偏振分束器34转到保偏跳线的慢轴上传输，水平偏振光脉冲|H＞经过第五相位调制器35，与垂直偏振光脉冲|V＞经过第五相位调制器35后在第三偏振分束器34上进行合束，经过第三偏振分束器34后发生偏振干涉，形成光脉冲偏振量子态后从第三偏振分束器34的A端输出，从第三环形器33的B端输入再从第三环形器33的C端输出，经过量子信道5到达中心节点的第四量子单元4(David)。

Alice通过量子信道5发送到David的量子态，经过第四偏振控制器41幺正变换后的量子态随机处于Z基矢或X基矢的本征态；Bob通过量子信道5发送到David的量子态，经过第五偏振控制器42幺正变换后的量子态随机处于Z基矢或X基矢的本征态；Charlie通过量子信道发送到David的量子态，经过第六偏振控制器43幺正变换后的量子态随机处于Z基矢或X基矢的本征态。

经过第四偏振控制器41的光脉冲输入到第四偏振分束器44的B端，经过第五偏振控制器42的光脉冲输入到第四偏振分束器44的A端，第四偏振分束器44透射水平偏振光脉冲反射垂直偏振光脉冲，第四偏振分束器44的C端出射的光脉冲输入到第七偏振控制器46，第七偏振控制器46将光脉冲的偏振旋转45度即将水平偏振光脉冲变换为45度偏振的光脉冲，第六偏振分束器49的A端接收第七偏振控制器46的光脉冲，第六偏振分束器49的B端输出水平偏振的光脉冲到第一单光子探测器61探测，第六偏振分束器49的C端输出垂直偏振的光脉冲到第二单光子探测器62探测，第五偏振分束器42的A端接收第六偏振控制器43幺正变换后的光脉冲，第五偏振分束器42的B端接收第四偏振控制器41的D端出射的光脉冲，第五偏振分束器42透射水平偏振光脉冲反射垂直偏振光脉冲，第五偏振分束器45的C端出射的光脉冲输入到第八偏振控制器47，第八偏振控制器47将光脉冲的偏振旋转45度即将水平偏振光脉冲变换为45度偏振的光脉冲，第七偏振分束器50的A端接收第八偏振控制器47的光脉冲，第七偏振分束器50的B端输出水平偏振的光脉冲到第三单光子探测器63探测，第七偏振分束器50的C端输出垂直偏振的光脉冲到第四单光子探测器64探测；第五偏振分束器45的D端出射的光脉冲输入到第九偏振控制器48，第九偏振控制器48将光脉冲的偏振旋转45度即将水平偏振光脉冲变换为45度偏振的光脉冲，第八偏振分束器51的A端接收第九偏振控制器48的光脉冲，第八偏振分束器48的B端输出水平偏振的光脉冲到第五单光子探测器65探测，第八偏振分束器48的C端输出垂直偏振的光脉冲到第六单光子探测器66探测，第一脉冲光源11、第二脉冲光源21发射的光脉冲需要同时到达第四偏振分束器44的A端、B端，第三脉冲光源31发射的光脉冲需要与从第四偏振分束器44的D端出射的光脉冲同时到达第五偏振分束器45的A端、B端，David根据第一单光子探测器61、第二单光子探测器62、第三单光子探测器63、第四单光子探测器64、第五单光子探测器65、第六单光子探测器6630、31、32、33、34、35的符合响应结果来判断GHZ态的测量结果。正确的GHZ态的响应是六个探测器中的三个响应，即第一单光子探测器61、第三单光子探测器63、第五单光子探测器65，或者第一单光子探测器61、第四单光子探测器64、第六单光子探测器66，或者第二单光子探测器62、第三单光子探测器63、第六单光子探测器66，或者第二单光子探测器62、第四单光子探测器64、第五单光子探测器65；正确的GHZ态的响应是第一单光子探测器61、第三单光子探测器63、第六单光子探测器66，或者第一单光子探测器61、第四单光子探测器64、第五单光子探测器65，或者第二单光子探测器62、第三单光子探测器63、第五单光子探测器65，或者第二单光子探测器62、第四单光子探测器64、第六单光子探测器66。

实施例2

如图2所示，一种实用化多方量子通信***，包括第一量子单元1(Alice)、第二量子单元2(Bob)、第三量子单元3(Chalice)和作为中心节点的第四量子单元4(David)，第一量子单元1包括第一脉冲光源11和第一偏振时间编码模块，第一偏振时间编码模块的输入端与第一脉冲光源11连接，第二量子单元2包括第二脉冲光源21和第二偏振时间编码模块，第二偏振时间编码模块的输入端与第二脉冲光源21连接，第三量子单元3包括第三脉冲光源31和第三偏振时间编码模块，第三偏振时间编码模块的输入端与第三脉冲光源31连接，第一偏振时间编码模块的输出端、第二偏振时间编码模块的输出端、第三偏振时间编码模块的输出端通过一条量子信道5与第四量子单元4连接，第四量子单元4具有六个单光子探测器。量子信道5为光纤或自由空间或光波导。

其中，第一偏振时间编码模块包括第一分束器16、第一强度调制器17、第二强度调制器18和第一相位调制器19，第二偏振时间编码模块包括第二分束器26、第三强度调制器27、第四强度调制器28和第二相位调制器29，第三偏振时间编码模块包括第三分束器36、第五强度调制器37、第六强度调制器38和第三相位调制器39，第四量子单元包括第四分束器52、第五分束器53、第六分束器54、第一单光子探测器61、第二单光子探测器62、第三单光子探测器63、第四单光子探测器64、第五单光子探测器65和第六单光子探测器66，第一分束器16、第二分束器26和第三分束器36均具有A端、B端和C端，第四分束器52、第五分束器53、第六分束器54均具有A端、B端、C端和D端。第一分束器16的A端与第一脉冲光源11连接，第一分束器16的B端连接第一强度调制器17的输入端，第一强度调制器17的输出端通过量子信道5连接第四分束器52的A端，第一分束器16的C端连接第二强度调制器18的输入端，第二强度调制器18的输出端连接第一相位调制器19的输入端，第一相位调制器19的输出端通过量子信道5连接第五分束器53的B端；第二分束器26的A端与第二脉冲光源21连接，第二分束器26的B端连接第三强度调制器27的输入端，第三强度调制器27的输出端通过量子信道5连接第五分束器53的A端，第二分束器26的C端连接第四强度调制器28的输入端，第四强度调制器28的输出端连接第二相位调制器29的输入端，第二相位调制器29的输出端通过量子信道5连接第六分束器54的B端；第三分束器36的A端与第三脉冲光源31连接，第三分束器36的B端连接第五强度调制器37的输入端，第五强度调制器37的输出端通过量子信道5连接第六分束器54的A端，第三分束器36的C端连接第六强度调制器38的输入端，第六强度调制器38的输出端连接第三相位调制器39的输入端，第三相位调制器39的输出端通过量子信道5连接第四分束器52的B端。第四分束器52的C端连接第一单光子探测器61，第四分束器52的D端连接第二单光子探测器62，第五分束器53的C端连接第三单光子探测器63，第五分束器53的D端连接第四单光子探测器64，第六分束器54的C端连接第五单光子探测器65，第六分束器54的D端连接第六单光子探测器66。

第一分束器16、第二分束器26和第三分束器36是三端口分束器，光脉冲从第一分束器16、第二分束器26和第三分束器36的A端输入，以50：50的概率被分成两束光脉冲，分别从第一分束器16、第二分束器26和第三分束器36的B端、C端输出；第四分束器52、第五分束器53、第六分束器54是四端口分束器，光脉冲从第四分束器52、第五分束器53、第六分束器54的A端、B端输入，以50：50的概率被分成两束光脉冲，并分别从第四分束器52、第五分束器53、第六分束器54的C端、D端输出。

Alice用第一脉冲光源11反射光脉冲经过第一分束器16分成50：50的两束光脉冲分别进入第一强度调制器17和第二强度调制器18，第二强度调制器18的光脉冲输入到第一相位调制器19。Alice随机选择制备Z基矢或X基矢的量子态，如果选择Z基矢，则随机用第一强度调制器17或第二强度调制器18消去经过它们的光脉冲，只保留一路上有光脉冲；如果选择X基矢，则第一强度调制器17、第二强度调制器18都不消光，让第一相位调制器19产生0或π的相位。第一强度调制器17出射的光脉冲经过量子信道到达David的第四分束器52的A端，第一相位调制器19出射的光脉冲经量子信道到达David的第五分束器53的B端。

Bob用第二脉冲光源21反射光脉冲，经过第二分束器26分成50：50的两束光脉冲分别进入第三强度调制器27和第四强度调制器28，第四强度调制器28的光脉冲输入第二相位调制器29。Bob随机选择制备Z基矢或X基矢的量子态，如果选择Z基矢，则随机用第三强度调制器27或第四强度调制器28消去经过它们的光脉冲，只保留一路上有光脉冲，如果选择X基矢，则第三强度调制器27、第四强度调制器28都不消光，让第二相位调制器29产生0或π的相位。第三强度调制器27出射的光脉冲经过量子信道到达David的第五分束器53的A端，第二相位调制器29出射的光脉冲经量子信道到达David的第六分束器54的B端。

Charlie用第三脉冲光源31反射光脉冲，经过第三分束器36分成50：50的两束光脉冲分别进入第五强度调制器37和第六强度调制器38，第四强度调制器38的光脉冲输入到第二相位调制器39。Bob随机选择制备Z基矢或X基矢的量子态，如果选择Z基矢，则随机用第五强度调制器37或第六强度调制器38消去经过它们的光脉冲，只保留一路上有光脉冲，如果选择X基矢，则第五强度调制器37、第六强度调制器38都不消光，让第三相位调制器39产生0或π的相位。第五强度调制器37出射的光脉冲经过量子信道到达David的第六分束器54的A端，第三相位调制器39出射的光脉冲经量子信道到达David的第四分束器52的B端。

第一强度调制器17出射的光脉冲和第三相位调制器39出射的光脉冲同时到达第四分束器52发生干涉，被第一单光子探测器61、第二单光子探测器62探测；第三强度调制器27出射的光脉冲和第一相位调制器19出射的光脉冲同时到达第五分束器53发生干涉，被第三单光子探测器63、第四单光子探测器64探测；第五强度调制器37出射的光脉冲和第二相位调制器29出射的光脉冲同时到达第六分束器54发生干涉，被第五单光子探测器65、第六单光子探测器66探测。David根据第一单光子探测器61、第二单光子探测器62、第三单光子探测器63、第四单光子探测器64、第五单光子探测器65、第六单光子探测器66的符合响应结果来判断GHZ态的测量结果：正确的GHZ态的响应是六个探测器中的三个响应，即第一单光子探测器61、第三单光子探测器63、第五单光子探测器65，或者第一单光子探测器61、第四单光子探测器64、第六单光子探测器66，或者第二单光子探测器62、第三单光子探测器63、第六单光子探测器66，或者第二单光子探测器62、第四单光子探测器64、第五单光子探测器65；正确的GHZ态的响应是第一单光子探测器61、第三单光子探测器63、第六单光子探测器66，或者第一单光子探测器61、第四单光子探测器64、第五单光子探测器65，或者第二单光子探测器62、第三单光子探测器63、第五单光子探测器65，或者第二单光子探测器62、第四单光子探测器64、第六单光子探测器66。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明的保护范围之内。比如Z基矢和X基矢的量子态制备的偏振编码和相位路径—时间编码的装置有许多种，如应用90度法拉第反射镜、相位调制器和环形器构成的偏振编码装置、不等臂马赫增德尔干涉仪、相位调制器及强度调制器构成的相位时间编码装置等，量子信道对于光纤、自由空间、光波导等传输媒介都适用，这些改进和变型也应视为在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种实用化三方量子通信***，其特征在于：包括第一量子单元、第二量子单元、第三量子单元和第四量子单元，所述的第一量子单元包括第一脉冲光源和第一偏振时间编码模块，第一偏振时间编码模块的输入端与第一脉冲光源连接，所述的第二量子单元包括第二脉冲光源和第二偏振时间编码模块，第二偏振时间编码模块的输入端与第二脉冲光源连接，所述的第三量子单元包括第三脉冲光源和第三偏振时间编码模块，第三偏振时间编码模块的输入端与第三脉冲光源连接，第一偏振时间编码模块的输出端、第二偏振时间编码模块的输出端、第三偏振时间编码模块的输出端分别通过至少一条量子信道与第四量子单元连接，所述的第四量子单元具有六个单光子探测器。

2.根据权利要求1所述的实用化三方量子通信***，其特征在于：所述的第一偏振时间编码模块包括第一偏振控制器、第一环形器、第一偏振分束器和第一相位调制器，所述的第二偏振时间编码模块包括第二偏振控制器、第二环形器、第二偏振分束器和第二相位调制器，所述的第三偏振时间编码模块包括第三偏振控制器、第三环形器、第三偏振分束器和第三相位调制器，第四量子单元包括第四偏振控制器、第五偏振控制器、第六偏振控制器、第四偏振分束器、第五偏振分束器、第七偏振控制器、第八偏振控制器、第九偏振控制器、第六偏振分束器、第七偏振分束器、第八偏振分束器、第一单光子探测器、第二单光子探测器、第三单光子探测器、第四单光子探测器、第五单光子探测器和第六单光子探测器，第一环形器、第二环形器和第三环形器均具有A端、B端和C端，第一偏振分束器、第二偏振分束器、第三偏振分束器、第六偏振分束器、第七偏振分束器、第八偏振分束器均具有A端、B端和C端，第四偏振分束器、第五偏振分束器均具有A端、B端、C端和D端，第一偏振控制器的输入端与第一脉冲光源连接，第一偏振控制器的输出端与第一环形器的A端连接，第一环形器的B端连接第一偏振分束器的A端，第一相位调制器的两端分别连接第一偏振分束器的B端、C端，第一环形器的C端通过量子信道连接第四偏振控制器的输入端，第二偏振控制器的输入端与第二脉冲光源连接，第二偏振控制器的输出端与第二环形器的A端连接，第二环形器的B端连接第二偏振分束器的A端，第二相位调制器的两端分别连接第二偏振分束器的B端、C端，第二环形器的C端通过量子信道连接第五偏振控制器的输入端，第三偏振控制器的输入端与第三脉冲光源连接，第三偏振控制器的输出端与第三环形器的A端连接，第三环形器的B端连接第三偏振分束器的A端，第三相位调制器的两端分别连接第三偏振分束器的B端、C端，第三环形器的C端通过量子信道连接第六偏振控制器的输入端，第四偏振控制器的输出端连接第四偏振分束器的B端，第五偏振控制器的输出端连接第四偏振分束器的A端，第六偏振控制器的输出端连接第五偏振分束器的A端，第四偏振分束器的D端与第五偏振分束器的B端连接，第四偏振分束器的C端连接第七偏振控制器的输入端，第七偏振控制器的输出端连接第六偏振分束器的A端，第六偏振分束器的B端连接第一单光子探测器，第六偏振分束器的C端连接第二单光子探测器，第五偏振分束器的C端连接第八偏振控制器的输入端，第八偏振控制器的输出端连接第七偏振分束器的A端，第七偏振分束器的B端连接第三单光子探测器，第七偏振分束器的C端连接第四单光子探测器，第五偏振分束器的D端连接第九偏振控制器的输入端，第九偏振控制器的输出端连接第八偏振分束器的A端，第八偏振分束器的B端连接第五单光子探测器，第八偏振分束器的C端连接第六单光子探测器。

3.根据权利要求1所述的实用化三方量子通信***，其特征在于：所述的第一偏振时间编码模块包括第一分束器、第一强度调制器、第二强度调制器和第一相位调制器，所述的第二偏振时间编码模块包括第二分束器、第三强度调制器、第四强度调制器和第二相位调制器，所述的第三偏振时间编码模块包括第三分束器、第五强度调制器、第六强度调制器和第三相位调制器，第四量子单元包括第四分束器、第五分束器、第六分束器、第一单光子探测器、第二单光子探测器、第三单光子探测器、第四单光子探测器、第五单光子探测器和第六单光子探测器，第一分束器、第二分束器和第三分束器均具有A端、B端和C端，第四分束器、第五分束器、第六分束器均具有A端、B端、C端和D端，第一分束器的A端与第一脉冲光源连接，第一分束器的B端连接第一强度调制器的输入端，第一强度调制器的输出端通过量子信道连接第四分束器的A端，第一分束器的C端连接第二强度调制器的输入端，第二强度调制器的输出端连接第一相位调制器的输入端，第一相位调制器的输出端通过量子信道连接第五分束器的B端，第二分束器的A端与第二脉冲光源连接，第二分束器的B端连接第三强度调制器的输入端，第三强度调制器的输出端通过量子信道连接第五分束器的A端，第二分束器的C端连接第四强度调制器的输入端，第四强度调制器的输出端连接第二相位调制器的输入端，第二相位调制器的输出端通过量子信道连接第六分束器的B端，第三分束器的A端与第三脉冲光源连接，第三分束器的B端连接第五强度调制器的输入端，第五强度调制器的输出端通过量子信道连接第六分束器的A端，第三分束器的C端连接第六强度调制器的输入端，第六强度调制器的输出端连接第三相位调制器的输入端，第三相位调制器的输出端通过量子信道连接第四分束器的B端，第四分束器的C端连接第一单光子探测器，第四分束器的D端连接第二单光子探测器，第五分束器的C端连接第三单光子探测器，第五分束器的D端连接第四单光子探测器，第六分束器的C端连接第五单光子探测器，第六分束器的D端连接第六单光子探测器。

4.根据权利要求1或2或3所述的实用化三方量子通信***，其特征在于：所述的量子信道均为光纤或自由空间或光波导。