第13講:QKD原理與實(shí)現(xiàn)（Ⅲ）

偏振編碼BB84協(xié)議量子通信實(shí)驗(yàn)室朱暢華2025.04.0822本講主要內(nèi)容8.1光量子脈沖的偏振態(tài)8.2基于偏振編碼的BB84協(xié)議實(shí)現(xiàn)-發(fā)送端8.3基于偏振編碼的BB84協(xié)議實(shí)現(xiàn)-接收端8.4系統(tǒng)同步8.5偏振控制

8.1光量子脈沖的偏振態(tài)偏振態(tài)及其表示偏振態(tài)傳輸（量子動(dòng)力學(xué)）3偏振態(tài)的描述瓊斯矢量斯托克斯矢量邦加球表示法

瓊斯向量（Jonesvector）5瓊斯向量（續(xù)）6偏振態(tài)的瓊斯向量表示7Z基X基斯托克斯參量斯托克斯參量表示法是一種最普遍、最全面的描述方法，可用于表示完全偏振光、部分偏振光乃至自然光它用一組斯托克斯矢量（），來描述偏振態(tài)?？偣β蕏、y方向偏振功率差左旋與右旋方向功率差正負(fù)45度偏振方向功率差不同光的斯托克斯參數(shù)（1）全偏振光：（2）部分偏振光：（3）自然光：

邦加球作圖法

在斯托克斯空間中的球，球面上的各點(diǎn)與全部的偏振態(tài)一一對(duì)應(yīng)。球面上任一點(diǎn)的經(jīng)度和緯度為和（1）若，則p點(diǎn)在赤道上，線偏振光。

：水平線偏振光

：垂直線偏振光（2）上半球面：右旋橢圓偏振光

下半球面：左旋橢圓偏振光（3）北極：右旋圓偏振光。

南極：左旋圓偏振光8.2基于偏振編碼的BB84協(xié)議實(shí)現(xiàn)-發(fā)送端脈沖產(chǎn)生編碼隨機(jī)數(shù)發(fā)生器11BB84（偏振）態(tài)的制備12直接產(chǎn)生光脈沖-直接調(diào)制間接調(diào)制連續(xù)波激光器+強(qiáng)度調(diào)制器（Intensitymodulator,IM）13DFB-LDIMdriver發(fā)端的集成化實(shí)現(xiàn)（偏振編碼1）14Decoystate+polarizationencodedQKD[1]C.Ma,et.al.,Siliconphotonictransmitterforpolarizationencodedquantumkeydistribution,Optica3,1274(2016)發(fā)端的集成化實(shí)現(xiàn)（偏振編碼2）15multi-modeinterference(MMI)couplersthermo-opticsmodulators(TOMs)carrier-depletionmodulators(CDMs)polarizationrotatorcombiner(PRC)[2]KejinWei,et.al.,High-speedmeasurement-device-independentquantumkeydistributionwithintegratedsiliconphotonics，arXiv:1911.00690v1PolarizationEncoder16[1]J.Lietal.,"AHigh-SpeedStablePolarizationEncoderforQuantumKeyDistribution,"2024ConferenceonLasersandElectro-OpticsPacificRim(CLEO-PR),Incheon,Korea,Republicof,2024,pp.1-2隨機(jī)數(shù)發(fā)生器基于空間分辨BS50:50基于光子數(shù)分辨光子數(shù)可分辨SPD基于時(shí)間分辨響應(yīng)時(shí)間基于位置分辨超寬LED+探測(cè)器陣列178.3基于偏振編碼的BB84協(xié)議實(shí)現(xiàn)-接收端18接收方法接收端光路和電路198.4系統(tǒng)同步20同步信號(hào)21SaraManteyetal,Designandimplementationofapolarization-encodingsystemforquantumkeydistribution,2024J.Opt.260757048.5偏振控制工作流程22偏振控制（TDM）23[1]JChen,et.al.,Stablequantumkeydistributionwithactivepolarizationcontrolbasedontime-divisionmultiplexing,NewJournalofPhysics11(2009)06500410marmlengthdifferencebetweenthelongandshortarms時(shí)分復(fù)用偏振控制偏振控制（FDM）偏振編碼的產(chǎn)品26/product/chengyuQKDchanpin/2019/0419/566.html集成偏振編碼BB8427WeiLi,et.al.,High-ratequantumkeydistributionexceeding110Mbs-1,NaturePhotonics,online,2023.3.13GeneratekeysatarecordhighSKR:115.8Mb/s@10kmstandardopticalfibre,2.2dB233bps@328kmofultralow-lossfibre,55.1dBHigh-speedQKD28WeiLi,et.al.,High-ratequantumkeydistributionexceeding110Mbs-1,NaturePhotonics,online,2023.3.13Drone-basedQKD29Xiao-HuiTian,et.al.,ExperimentalDemonstrationofDrone-BasedQuantumKeyDistri