本发明涉及量子信息，特别涉及一种基于薄膜铌酸锂的可重构量子密钥分发芯片系统。
背景技术：
1、随着信息技术的迅猛发展，互联网的普及率不断提高，信息的交换与传递变得日益频繁。在这样的背景下，使得国防、政府和银行等高机密机构的隐私信息安全传输变得至关重要。
2、量子密钥分发(quantum key distribution，简称qkd)，从量子力学基本原理出发，为实现无条件安全的密钥交换提供了一种革命性的解决方案。qkd常用的编码方式有偏振编码和相位编码，其中偏振编码是将信息编码在光子的偏振自由度上，相位编码则是将信息编码在光子的相位自由度上。这两种编码方式在应对不同的应用场景时各有优势，并且已经在实验室甚至在商用产品中得到验证和应用。然而现有的芯片量子密钥分发系统要么采用单一编码方式要么通过芯片上的光开关切换不同编码模块，使得芯片量子密钥分发系统集成度低，采用了更多的器件导致成本增加，且解码器芯片无法实现偏振补偿或者对相位编码量子态进行高效率的测量。
3、公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于薄膜铌酸锂的可重构量子密钥分发芯片系统。在发射端芯片中通过同一编码模块可以实现偏振编码或偏振复用相位编码的量子态制备，在接收端芯片中通过基矢选择在同一解码模块可以实现偏振编码或偏振复用相位编码量子态的测量，同时完成片上的偏振补偿，因此，发射端芯片和接收端芯片之间可以实现高速、稳定、安全的量子密钥分发。
2、本发明采取的技术方案如下：
3、一种基于薄膜铌酸锂的可重构量子密钥分发芯片系统，包括发射端芯片、接收端芯片、单光子探测器；
4、所述发射端芯片包括依次连接的集成脉冲激光源模块、第一可调光衰减器、诱骗态强度调制模块和可重构量子态编码模块；其中，所述集成脉冲激光源模块用于产生相位随机的脉冲光，所述第一可调光衰减器用于将脉冲光衰减到单光子级别，所述诱骗态强度调制模块用于将单光子级别的脉冲光调制成不同强度，所述可重构量子态编码模块用于制备偏振或者偏振复用的相位编码量子态；所述被调制的量子态通过偏振旋转合束器合束并耦合到光纤中传输，在接收端芯片进行测量；
5、所述接收端芯片包括依次连接的第一基矢选择器、第二基矢选择器、可重构量子态解码模块和单光子探测器；其中所述第一基矢选择器用于选择偏振编码量子态或者偏振复用相位编码量子态的z基矢测量，所述第二基矢选择器用于选择偏振编码量子态在z基矢和x基矢，或者偏振复用相位编码量子态在x基矢和y基矢测量，所述可重构量子态解码模块用于实现光纤通道的偏振扰动补偿并测量偏振或者偏振复用的相位编码量子态，所述单光子探测器用于探测被测量的量子态。
6、优选地，所述集成脉冲激光源模块包括一个片上激光器、脉冲调制模块和第三相位调制器；
7、所述脉冲调制模块包含第一分束器和第二分束器；在所述第一分束器和第二分束器之间设有两条光波导，在第一条光波导上设有第一相位补偿器和第一相位调制器，在第二条光波导上设有第二相位补偿器和第二相位调制器；所述第一分束器和所述片上激光器连接；所述第二分束器和所述第三相位调制器连接。
8、优选地，所述诱骗态强度调制模块包含第三分束器和第四分束器；在所述第三分束器和第四分束器之间设有两条光波导，在第一条光波导上设有第三相位补偿器和第四相位调制器，在第二条光波导上设有第四相位补偿器和第五相位调制器；所述第三分束器和所述第一可调光衰减器连接。
9、优选地，所述可重构量子态编码模块包含第五分束器、第六分束器和偏振旋转合束器；
10、所述第五分束器和第六分束器之间设有两条光波导，在第一条光波导上设有第五相位补偿器和第六相位调制器，在第二条光波导上设有第六相位补偿器和第七相位调制器；在所述第六分束器和偏振旋转合束器之间设有两条光波导，在第一条光波导上设有第一可调延时器模块、第七相位补偿器和第八相位调制器，在第二条光波导上设有第二可调光衰减器、第八相位补偿器和第九相位调制器；所述第五分束器和第四分束器连接；所述偏振旋转合束器与光纤通道连接。
11、优选地，所述第一基矢选择器包含第七分束器和第八分束器；
12、所述第七分束器和第八分束器之间设有两条光波导，在第一条光波导上设有第九相位补偿器，在第二条波导上设有第十相位补偿器；所述第七分束器通过第一光纤-芯片耦合器与光纤信道连接；所述第八分束器通过第一芯片-光纤耦合器与第一单光子探测器连接。
13、优选地，所述第二基矢选择器包含第九分束器和第十分束器；
14、所述第九分束器和第十分束器之间设有两条光波导，在第一条光波导上设有第十一相位补偿器，在第二条波导上设有第十二相位补偿器；所述第九分束器与所述第八分束器通过光波导连接；所述第九分束器还与第二光纤-芯片耦合器连接。
15、优选地，所述可重构量子态解码模块包括第一基矢测量模块和第二基矢测量模块；
16、所述第一基矢测量模块包括第一偏振旋转分束器、第十一分束器、第十二分束器和第十三分束器；在所述第一偏振旋转分束器和第十一分束器之间设有两条光波导，在第一条光波导上设有第十三相位补偿器，在第二条光波导上设有第十四相位补偿器；在所述第十一分束器和第十二分束器之间设有两条光波导，在第一条光波导上设有第十五相位补偿器，在第二条光波导上设有第十六相位补偿器；在所述第十二分束器和第十三分束器之间设有两条光波导，在第一条光波导上设有第二可调延时器模块，在第二条光波导上串联有第十七相位补偿器和第三可调光衰减器；所述第一偏振旋转分束器与第十分束器连接；所述第十三分束器分别通过第二芯片-光纤耦合器和第三芯片-光纤耦合器与第二单光子探测器和第三单光子探测器连接；
17、所述第二基矢测量模块包括第二偏振旋转分束器、第十四分束器、第十五分束器和第十六分束器；在所述第二偏振旋转分束器和第十四分束器之间设有两条光波导，在第一条光波导上设有第十八相位补偿器，在第二条光波导上设有第十九相位补偿器；在所述第十四分束器和第十五分束器之间设有两条光波导，在第一条光波导上设有第二十相位补偿器，在第二条光波导上设有第二十一相位补偿器；在所述第十五分束器和第十六分束器之间设有两条光波导，在第一条光波导上设有第三可调延时器模块，在第二条光波导上串联有第二十二相位补偿器和第四可调光衰减器；所述第二偏振旋转分束器与第十分束器连接；所述第十六分束器分别通过第四芯片-光纤耦合器和第五芯片-光纤耦合器与第四单光子探测器和第五单光子探测器连接。
18、优选地，发射端芯片与接收端芯片之间采用量子密钥分发协议进行通信。
19、优选地，所述发射端芯片和接收端芯片内部的连接均通过薄膜铌酸锂基的光波导连接。
20、本发明有益的技术效果：
21、(1)本发明的集成qkd系统采用可重构的编解码模块，只需要简单的调控，即可实现偏振量子态和相位量子态的编解码，可以实现高速、稳定、安全的多协议操作。
22、(2)本发明的集成qkd系统可进行偏振复用的相位编码，相比较传统的相位编码方案可大幅提高系统的成码率。
23、(3)本发明采用的集成量子态测量模块可实现片上高速的偏振补偿功能，这一功能可补偿架空光纤和地埋光纤链路上不确定的偏振扰动，进而提高系统的稳定性。
24、(4)本发明的系统基于硅基薄膜铌酸锂平台集成，可以实现较低的插入损耗；相位调制器可实现高速的相位调制，应用于未来大规模部署。
1.一种基于薄膜铌酸锂的可重构量子密钥分发芯片系统，包括发射端芯片、接收端芯片、单光子探测器；
2.根据权利要求1所述的一种基于薄膜铌酸锂的可重构量子密钥分发芯片系统，其特征在于：所述集成脉冲激光源模块包括一个片上激光器、脉冲调制模块和第三相位调制器；
3.根据权利要求1所述的一种基于薄膜铌酸锂的可重构量子密钥分发芯片系统，其特征在于：所述诱骗态强度调制模块包含第三分束器和第四分束器；在所述第三分束器和第四分束器之间设有两条光波导，在第一条光波导上设有第三相位补偿器和第四相位调制器，在第二条光波导上设有第四相位补偿器和第五相位调制器；所述第三分束器和所述第一可调光衰减器连接。
4.根据权利要求1所述的一种基于薄膜铌酸锂的可重构量子密钥分发芯片系统，其特征在于：所述可重构量子态编码模块包含第五分束器、第六分束器和偏振旋转合束器；
5.根据权利要求1所述的一种基于薄膜铌酸锂的可重构量子密钥分发芯片系统，其特征在于：第一基矢选择器包含第七分束器和第八分束器；
6.根据权利要求1所述的一种基于薄膜铌酸锂的可重构量子密钥分发芯片系统，其特征在于：第二基矢选择器包含第九分束器和第十分束器；
7.根据权利要求1所述的一种基于薄膜铌酸锂的可重构量子密钥分发芯片系统，其特征在于：所述可重构量子态解码模块包括第一基矢测量模块和第二基矢测量模块；
8.根据权利要求1所述的一种基于薄膜铌酸锂的可重构量子密钥分发芯片系统，其特征在于：发射端芯片与接收端芯片之间采用量子密钥分发协议进行通信。
9.根据权利要求1-8所述的一种基于薄膜铌酸锂的可重构量子密钥分发芯片系统，其特征在于：所述发射端芯片和接收端芯片内部的连接均通过薄膜铌酸锂基的光波导连接。
