1.1、量子通信

       量子通信是指利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型的通讯方式,具有高效率和绝对安全等特点。这种通信技术最激动人心的地方在于其“绝不泄密”的本事，独特的加密方式使密钥具有不可复制性和绝对安全性，一旦有人窃取密钥，整个通信信息会“自毁”并告知使用者。量子信息因其传输高效和绝对安全等特点，被认为可能是下一代IT技术的支撑性研究，并成为全球物理学研究的前沿与焦点领域，有科学家甚至预计，10年内有望实现全球化量子通信。

       本研究方向主要集中在基于单光子偏振态的量子密钥分配系统实用化相关技术，包括高速单光子探测，单光子产生，调制，解调，真随机码发生等。

1.1.1单光子雪崩探测器

       单光子探测技术可以实现对单光子级别微弱光信号的检测，被广泛应用于量子密钥分配、激光雷达、光纤传感、光纤通信等领域。目前基于铟镓砷/铟磷(InGaAs/InP)材料的单光子雪崩探测器(SPAD),因其结构紧凑、无超低温要求以及低功耗等优点，在近红外波段的单光子探测应用中得到了广泛使用。

图 17 门控模式单光子探测器

频率可调谐单光子雪崩探测器原理图

Yixin. Zhang, Xuping. Zhang, Shun Wang, Gaussian Pulse Gated InGaAsInP Avalanche Photodiode for Single Photon Detection [J], Optics Letters, 2013, 38(5):606-608

张益昕、张旭苹、杨国文、王顺、胡君辉，频率可调谐的吉赫兹正弦门控近红外单光子探测器，201310027060.8

1.1.2高速偏振调制器

       偏振调制器是量子通信中的一个重要功能模块。对于基于光子偏振态的QKD系统，由发送方控制偏振调制器，随机选择一种偏振编码方式，对通信信号进行偏振编码。比如，可能采用+45°和-45°的偏正态作为脉冲信号的编码方法；也可能采用0°和90°的偏振态作为信号的编码方法。在选用+45°和-45°的编码基时，可以用+45°的偏振态表示“1”，-45°的偏振态表示“0”；选用0°和90°的编码基时，可以用90°的偏振态表示“1”，0°的偏振态表示“0”。经过偏振调制器后，通信脉冲信号包含多种偏振态，并承载了通信密钥信息。

高速偏振调制器

1.1.3脉冲式激光光源

       在量子通信系统中，单光子信号通常由一个极窄的激光脉冲衰减得到。因此脉冲式激光光源就成为构建量子通信系统的一个重要功能模块。本设计采用直接调制的DFB半导体激光器，可以合成脉冲宽度500ps，最高重复频率100MHz的脉冲式激光光源。采用集成的帕尔贴与驱动器对激光器进行恒温控制，可以保证激光器输出波长的稳定。

脉冲式激光光源