《量子通信》-第13讲 QKD原理与实现III-偏振BB84协议-2025-0407-1838

11本讲主要内容8.1光量子脉冲的偏振态8.2基于偏振编码的BB84协议实现-发送端8.3基于偏振编码的BB84协议实现-接收端8.4系统同步8.5偏振控制

8.1光量子脉冲的偏振态偏振态及其表示偏振态传输（量子动力学）2偏振态的描述琼斯矢量斯托克斯矢量邦加球表示法

琼斯向量（Jonesvector）4琼斯向量（续）5偏振态的琼斯向量表示6Z基X基斯托克斯参量斯托克斯参量表示法是一种最普遍、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组斯托克斯矢量（），来描述偏振态。总功率x、y方向偏振功率差左旋与右旋方向功率差正负45度偏振方向功率差不同光的斯托克斯参数（1）全偏振光：（2）部分偏振光：（3）自然光：

邦加球作图法

在斯托克斯空间中的球，球面上的各点与全部的偏振态一一对应。球面上任一点的经度和纬度为和（1）若，则p点在赤道上，线偏振光。

：水平线偏振光

：垂直线偏振光（2）上半球面：右旋椭圆偏振光

下半球面：左旋椭圆偏振光（3）北极：右旋圆偏振光。

南极：左旋圆偏振光8.2基于偏振编码的BB84协议实现-发送端脉冲产生编码随机数发生器10BB84（偏振）态的制备11直接产生光脉冲-直接调制间接调制连续波激光器+强度调制器（Intensitymodulator,IM）12DFB-LDIMdriver发端的集成化实现（偏振编码1）13Decoystate+polarizationencodedQKD[1]C.Ma,et.al.,Siliconphotonictransmitterforpolarizationencodedquantumkeydistribution,Optica3,1274(2016)发端的集成化实现（偏振编码2）14multi-modeinterference(MMI)couplersthermo-opticsmodulators(TOMs)carrier-depletionmodulators(CDMs)polarizationrotatorcombiner(PRC)[2]KejinWei,et.al.,High-speedmeasurement-device-independentquantumkeydistributionwithintegratedsiliconphotonics，arXiv:1911.00690v1PolarizationEncoder15[1]J.Lietal.,"AHigh-SpeedStablePolarizationEncoderforQuantumKeyDistribution,"2024ConferenceonLasersandElectro-OpticsPacificRim(CLEO-PR),Incheon,Korea,Republicof,2024,pp.1-2随机数发生器基于空间分辨BS50:50基于光子数分辨光子数可分辨SPD基于时间分辨响应时间基于位置分辨超宽LED+探测器阵列168.3基于偏振编码的BB84协议实现-接收端17接收方法接收端光路和电路188.4系统同步19同步信号20SaraManteyetal,Designandimplementationofapolarization-encodingsystemforquantumkeydistribution,2024J.Opt.260757048.5偏振控制工作流程21偏振控制（TDM）22[1]JChen,et.al.,Stablequantumkeydistributionwithactivepolarizationcontrolbasedontime-divisionmultiplexing,NewJournalofPhysics11(2009)06500410marmlengthdifferencebetweenthelongandshortarms时分复用偏振控制偏振控制（FDM）偏振编码的产品25/product/chengyuQKDchanpin/2019/0419/566.html集成偏振编码BB8426WeiLi,et.al.,High-ratequantumkeydistributionexceeding110Mbs-1,NaturePhotonics,online,2023.3.13GeneratekeysatarecordhighSKR:115.8Mb/s@10kmstandardopticalfibre,2.2dB233bps@328kmofultralow-lossfibre,55.1dBHigh-speedQKD27WeiLi,et.al.,High-ratequantumkeydistributionexceeding110Mbs-1,NaturePhotonics,online,2023.3.13Drone-basedQKD28Xiao-HuiTian,et.al.,ExperimentalDemonstrationofDrone-BasedQuantumKeyDistributi