具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或点连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的联通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

此外，术语“第一”、“第二”等主要是用于区分不同的装置、元件或组成部分(具体的种类和构造可能相同也可能不同)，并非用于表明或暗示所指示装置、元件或组成部分的相对重要性和数量。除非另有说明，“多个”的含义为两个或两个以上。

实施例一

参见图1，图1为本申请实施例的一种单态半量子密钥分发系统的结构框图。

本申请实施例的单态半量子密钥分发系统，包括发送端和接收端，其中，发送端包括信号光单元1、光传输单元2、相位调制器单元3和探测器单元4，信号光单元1、光传输单元2和相位调制器单元3依次连接，相位调制器单元3与接收端连接，探测器单元4与相位调制器单元3和光传输单元2连接，相位调制器单元4为非等臂干涉仪；

接收端包括强度调制器单元5，强度调制器单元5与非等臂干涉仪连接，强度调制器单元5为干涉环路；

所述干涉环路用于对接收的所述非等臂干涉仪发送的光脉冲组加载电压，得到处理后的光脉冲组，并向所述非等臂干涉仪发送所述处理后的光脉冲组。

在本实施例中，信号光单元1，可以提供稳定的信号光输出；光传输单元2用于有效传输信号光单元和非等臂干涉仪之间的信号光；非等臂干涉仪可以实现单态半量子密钥分发协议中，时间相位的编码过程；探测器单元4可以探测得到信号光脉冲的干涉结果；干涉环路用于实现单态半量子密钥分发协议中，对光脉冲进行选择和操作。

其中，发送端还可称为Alice发送端或Alice端，接收端还可以称为Bob接收端或Bob端；本申请的单态半量子密钥分发系统具有双向信道，沿信号光单元1、光传输单元2、非等臂干涉仪和干涉环路的信道，是发送端发送至接收端的信道，为正向信道；沿干涉环路、非等臂干涉仪、光传输单元2和探测器单元4的信道，是接收端发送至发送端的信道，为反向信道。

干涉环路对接收的光脉冲组的加载电压处理分为两种选择，一种选择是不对光脉冲组加载电压，通过干涉环路直接将其发送至非等臂干涉仪，该选择可被定义为接收端的CTRL操作；另一种选择则是对光脉冲组加载电压，并将加载电压后的光脉冲组发送至非等臂干涉仪，该选择可被定义为接收端的SIFT操作。

其中，由于接收端的SIFT操作通过干涉环路实现，因此可以不用依靠接收端重新制造新的光脉冲发送给发送端，而是将加载电压处理后的原光脉冲发送给发送端，简化了操作，同时可以避免在制造新的光脉冲的过程中，遭到标记攻击导致泄漏信息的安全问题，提升了系统的安全性和实际应用的可行性。

可选地，非等臂干涉仪可以选用非等臂马赫曾德尔干涉仪，干涉环路可以选用萨格纳克干涉环路。

本申请实施例的单态半量子密钥分发系统，采用了干涉环路作为接收端的强度调制器单元，配合作为相位调制器单元的非等臂干涉仪，相比现有技术，是一种更为合理的接收端设计，可以采用选择性调制的方式实现单态半量子密钥分发协议，解决了现有技术协议系统的设计不合理的问题，具有极高的安全性和实际应用的可行性。

参见图1和图2，其中，图2为本申请的信号光单元的结构示意图，信号光单元1包括激光器101、光隔离器102和光衰减器103，激光器101、光隔离器102和光衰减器103依次连接。

其中，激光器101用于产生稳定的信号光；光隔离器102用于防止光路中产生的后向传输光对光源以及光路系统产生不良影响，也即隔离后向传输的光，避免后向传输的光产生干扰；光衰减器103用于调节输出的信号光，使其达到合适的强度，合适的强度指信号光最终达到探测器单元的探测器时光强度处于探测器的阈值之内。

参见图1，光传输单元2包括光环形器，其中光环形器有三个端口，其中，光环形器的第一端口连接光衰减器103，光环形器的第二端口连接相位调制器单元3，光环形器的第三端口连接探测器单元4；

光环形器的作用为在接收信号光单元1产生的信号光时，将信号光作为光脉冲传输到第二端口连接的相位调制器单元3，以及将从相位调制器单元3返回的光脉冲传输到第三端口连接的探测器单元4。

参见图1和图3，其中，图3为本申请的相位调制器单元的结构示意图，相位调制器单元3为非等臂干涉仪，非等臂干涉仪包括第一分束器105、第二分束器110、长臂子单元和短臂子单元，第一分束器105具有四个端口，其中，第一分束器105的第一端口与光环形仪第二端口连接，第一分束器105的第二端口与长臂子单元的一端连接，第一分束器105的第三端口与短臂子单元的一端连接，第一分束器105的第四端口与探测器单元4连接；第二分束器110具有三个端口，长臂子单元的另一端与第二分束器110的第一端口连接，短臂子单元的另一端与第二分束器110的第二端口连接，第二分束器110的第三端口与接收端的干涉环路通过量子信道连接。

其中，第一分束器105用于将接收到的光脉冲分为第一光脉冲和第二光脉冲，并从第一分束器105的第二端口和第三端口出射到长臂子单元和短臂子单元。

在本实施例中，短臂子单元包括相连接的相位调制器106和第一偏振器107，其中，相位调制器106连接第一分束器105第三端口，第一偏振器107连接第二分束器110第二端口，相位调制器106用于对接受到的光脉冲加载相位；第一偏振器107的作用是在反向信道中，当短臂子单元接收到从第二分束器110返回的光脉冲时，对返回的光脉冲的偏振模进行调节，使该光脉冲入射到相位调制器106时，达到最大输出功率。

在本实施例中，长臂子单元包括相连接的第二偏振器108和光纤衰减器109，其中，第二偏振器108连接第一分束器105的第二端口，光纤衰减器109连接第二分束器110的第一端口，第二偏振器108的作用是在反向信道中，当长臂子单元接收到从光纤衰减器109返回的光脉冲时，对返回的光脉冲的偏振模进行调节，使该光脉冲入射到第一分束器105时，可以达到预设的干涉对比度；光纤衰减器109的作用是调节长臂子单元中光脉冲的损耗，使长臂子单元中的光脉冲与短臂子单元中的光脉冲具有相同的强度。

其中，第二分束器能将第一光脉冲和第二光脉冲从第三端口出射，通过量子信道发送给干涉环路，第一光脉冲和第二光脉冲因为长臂子单元和短臂子单元的臂长差距，会一前一后从端口出射，可认为第一光脉冲和第二光脉冲组合得到第一脉冲组。

在本实施例中，相位调制器106不对光脉冲加载相位电压时，则对应于时间相位编码中的Z基矢，当相位调制器选择对光脉冲加载0或者Vπ两种电压时，对应于时间相位编码中的X基矢；其中，Vπ为相位调制器的半波电压。

可选地，相位调制器106对光脉冲加载的相位可以是0或π。

可选地，第一分束器105和第二分束器110均具有1:1的分束比。

参见图1探测器单元4包括第一单光子探测器111和第二单光子探测器112，第一单光子探测器111和光环形器的第三端口连接，第二单光子探测器112和第一分束器105的第四端口连接。

参见图1和图4，其中，图4为本申请的强度调制器单元的结构示意图，强度调制器单元5为干涉环路，包括偏振分束器201和强度调制器202，其中，偏振分束器201通过量子信道与第二分束器202连接，强度调制器202两端分别与偏振分束器201连接。

其中，强度调制器202用于产生等概率的选择，选择为是否对接收到的第一脉冲组加载电压进行调制，如果选择不进行调制，那么强度调制器202不进行操作，将第一脉冲组按照原顺序经过偏振分束器201发送回第二分束器110，如果选择进行调制，那么产生新的等概率选择，选择为将第一光脉冲或第二光脉冲的强度降为0，即随机保留第一脉冲组的一个光脉冲，最后仍通过偏振分束器201将保留的光脉冲作为第二脉冲组发送到第二分束器110。

可选地，强度调制器202和偏振分束器201选用保偏光纤进行连接，且连接的保偏光纤的长度应当相同。

可选地，本申请实施例的单态半量子密钥分发系统，各单元采用的连接方式可以为光纤连接，其中光纤可以选用单模光纤。

本申请实施例中的单态半量子密钥分发系统中，确定密钥的过程参见下述的单态半量子密钥分发方法的相关内容，在此，不再进行赘述。

实施例二

参见图1和图5，其中，图5为本申请实施例的一种单态半量子密钥分发方法的流程示意图，本申请实施例的一种单态半量子密钥分发方法，包括：

步骤S110，信号光单元1生成光脉冲，并经由光传输单元2传输至非等臂干涉仪；

步骤S120，非等臂干涉仪对接收的光脉冲进行处理，得到第一脉冲组，并向干涉环路发送第一脉冲组；

步骤S130，干涉环路对接收的第一脉冲组进行处理，得到第二脉冲组，并向非等臂干涉仪发送第二脉冲组；

步骤S140，非等臂干涉仪对接收的第二脉冲组进行处理，得到第三脉冲组，并向光传输单元2和探测器单元4发送第三脉冲组；

步骤S150，探测器单元4接收第三脉冲组，对第三脉冲组进行探测，得到探测结果；

步骤S160，单态半量子密钥分发系统根据探测结果、非等臂干涉仪对接收的光脉冲的处理和干涉环路对接收的第一脉冲组的处理，得到安全密钥。

本申请实施例的单态半量子密钥分发方法，采用了干涉环路作为接收端的强度调制器单元，配合作为相位调制器单元的非等臂干涉仪，相比现有技术，采用选择性调制的方式实现单态半量子密钥分发协议，简化了接收端的操作，是一种可靠的单态半量子密钥分发方法。

作为一种可选的实施方式，步骤S120，干涉环路对接收的第一脉冲组进行处理，得到第二脉冲组，可包括：

通过非等臂干涉仪中长臂子单元和短臂子单元的长度之差，将接收到的信号脉冲分为第一光脉冲和第二光脉冲，第一光脉冲和第二光脉冲组成第一脉冲组。

其中，当第一脉冲组从非等臂干涉仪的第二分束器110第三端口出射时，应当无相位差存在，此时第一脉冲组可对应时间相位编码X基矢的|+>态，也对应于单态半量子密钥分发协议中Alice需制备的|+>态。

作为一种可选的实施方式，步骤S130，干涉环路对接收的第一脉冲组进行处理，得到第二脉冲组，可包括：

步骤S131，干涉环路将接收的第一脉冲组作为第二脉冲组；

或，步骤S132，干涉环路对第一脉冲组的第一脉冲进行电压干预操作，得到第二脉冲组；

或，步骤S133，干涉环路对第一脉冲组的第二脉冲进行电压干预操作，得到第二脉冲组。

其中，步骤S131可定义为干涉环路选择的CTRL操作，步骤S132和步骤S133可定义为干涉环路选择的SIFT操作，在SIFT操作中，电压干预操作会将第一脉冲组中选定的光脉冲的强度降为0，而得到的第二脉冲组根据选定的光脉冲不同，也存在不同定义，如果干涉环路进行的操作为CTRL操作，则返回的第二脉冲组对应为时间相位编码的|+>态，如果干涉环路进行的操作为SIFT操作，则可根据预设的规定，对应时间相位编码的|0>态或|1>态，例如可进行定义：SIFT操作中对应步骤S132的操作得到的第二脉冲组，对应时间相位编码的|0>态；SIFT操作中对应步骤S133的操作得到的第二脉冲组，对应时间相位编码的|1>态。

其中，在非等臂干涉仪接收第二脉冲组时，输入第二分束器110的第二脉冲组会先对第二脉冲组进行分束，通过分束进入短臂子单元的第二脉冲组分束会接受相位调制器的一个随机选择，选择为是否加载电压对第二脉冲组分束进行0或π的相位调制，通过分束进入长臂子单元的第二脉冲组分束则进行强度上的调整。

如果干涉环路进行的操作是CTRL操作，则此处的第二脉冲组存在前后的第一光脉冲和第二光脉冲，由于此前两个脉冲的差值是基于短臂子单元和长臂子单元的臂长差而产生，则第二脉冲组经过短臂子单元和长臂子单元，并经过第一分束器105合束时，经过短臂子单元的第二光脉冲分束会和经过长臂子单元的第一光脉冲分束产生干涉，得到在三个等距时间槽上的三个光脉冲，即为第三脉冲组。

如果干涉环路进行的操作是SIFT操作，则此处的第二脉冲组仅存在第一光脉冲或第二光脉冲，此时经过第一分束器105合束，得到在三个等距时间槽上的三个光脉冲，即为第三脉冲组，此时三个光脉冲中包括一个空脉冲。如果干涉环路进行的SIFT操作将前面的第一光脉冲光强降为0，即空脉冲，则第三脉冲组中的第一个脉冲为空脉冲，如果干涉环路接收端进行的SIFT操作将后面的第二脉冲光强降为0，即空脉冲，则第三脉冲组中的第三个脉冲为空脉冲。

若干涉环路进行CTRL操作，根据相位调制器对第二脉冲组的相位调制，探测器单元探测到的结果会存在不同；例如相位调制器加载相位为0的情况，当第三脉冲组到达第一单光子探测器111时，第一单光子探测器111可以在预设时间槽位置得到对应于干涉相长图样的单光子计数，当第三脉冲组到达第二单光子探测器112时，第二单光子探测器112可以在预设时间槽位置得到对应于干涉相消图样的单光子计数；而相位调制器加载相位为π的情况，则结果相反，第一单光子探测器111可以在预设时间槽位置得到对应于干涉相消图样的单光子计数，第二单光子探测器112可以在预设时间槽位置得到对应于干涉相长图样的单光子计数，两处的单光子计数为探测器单元获得的探测结果。

其中，设从前到后的3个等距时间槽为t00、t01、t02，如果干涉环路的操作是CTRL操作，则预设的时间槽为t01位置可以得到对应于干涉的单光子计数，如果干涉环路的操作是SIFT操作，则t01位置只有一个光脉冲，不发生干涉。

在获得探测结果后，发送端可通过不同时间槽上的计数判断接收端也即干涉环路的对强度调制的选择，并通过公开信道将发送端对应的加载相位电压的选择传输给接收端。

单态半量子密钥分发系统，将获取到的，探测结果、非等臂干涉仪对接收的光脉冲的处理和干涉环路对接收的第一脉冲组的处理，根据单态半量子密钥分发协议进行判断，具体为：

当干涉环路对接收的第一脉冲组的处理为SIFT操作时，如果发送端采用Z基矢测量，也即通过第一单光子探测器和第二单光子探测器，探测到时间槽t00位置或t02位置的空脉冲，则可根据测量结果成码，其中：如果干涉环路的SIFT操作和测量结果为|0>态，则可成码0；如果干涉环路的SIFT操作和测量结果为|1>态，则可成码1。

当干涉环路对接收的第一脉冲组的处理为SIFT操作时，如果发送端采用X基矢测量，则无论测量结果为|+>态还是|->态，均将该位码舍弃。

当干涉环路对接收的第一脉冲组的处理为CTRL操作时，如果发送端采用X基矢测量，也即通过第一单光子探测器和第二单光子探测器，探测到时间槽预设位置的干涉相长和相消现象，则可根据测量结果监测系统是否被窃听，而如果发送端采用Z基矢测量，则该位码舍弃。

本申请实施例中的单态半量子密钥分发系统的其余内容可参照上述实施例一的具体内容，在此，不再进行赘述。

在上述所有实施例中，“大”、“小”是相对而言的，“多”、“少”是相对而言的，“上”、“下”是相对而言的，对此类相对用语的表述方式，本申请实施例不再多加赘述。

应理解，说明书通篇中提到的“在本实施例中”、“本申请实施例中”或“作为一种可选的实施方式”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在本实施例中”、“本申请实施例中”或“作为一种可选的实施方式”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定特征、结构或特性可以以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于可选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本申请所必须的。

在本申请的各种实施例中，应理解，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的必然先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应与权利要求的保护范围为准。