发布日期：2025-06-18 05:28    点击次数：59

引子

量子密钥分发（QKD）通过两边交换安全密钥，不错提高表面上的信息安全性。但是，QKD系统仍然需要满足踏实性、袖珍化和低资本的要求，才智终了改变常的应用。硅光技艺的赶紧发展将为量子通讯提供很好的商酌平台。一些商酌讲解注解，基于硅光技艺的QKD在施行条目下是可行的。因此，基于芯片的通讯系统将会被越来越多的商酌与应用。

本文以“Chip-Based Quantum Key Distribution against Trojan-Horse Attack”为基础，详备描画了量子通讯中的信息安全智商以及光频域反射技艺奈何应用到硅光辐射芯片中的测量。

著作东要沟通了外部信息源对QKD系统的窃听挫折（Trojan-horse attack”，THA)。通过对大齐文件的分析，QKD系统对THA的相反智商主要体当今强度调制器和相位调制器的反射智商上。即光通过有关器件后，其反射率越强，则反射光子智商越强，则外部源更容易检测到反射回光子，并通过有关光子解码系统的有关信息，那么，系统的安全性就越弱，反之则越强。这个论断对OFDR技艺应用到量子通讯上提供了表面基础。另外，著作对于量子力学表面方面的先容这里未几敷陈。

2、硅芯片的表征

著作商酌了一个集成了偏振调制器和强度调制器的硅辐射机芯片，这是外接源THA窃听基于芯片的QKD系统的主要目的。硅光辐射芯片的结构图如图（a）所示：

它由四个主要组件构成：一维光栅耦合器、可变光衰减器、强度调制器和偏振调制器（在这里沟通THA决策对QKD系统的影响时，偏振调制器与相位调制器是等价的）。强度调制器是基于M-Z结构的干预仪，两条臂分光比为50:50；相位由热光学调制器和载波损耗调制器调制，调制带宽分别约为kHz和GHz级别。附近pin管结构终了三个可变光衰减器，每个衰减率约为-33dB，用来将激光脉冲衰减到单光子级。偏振调制器由M-Z干预仪和二维光栅耦合器构成。将M-Z干预仪的两条臂与二维光栅耦合器相规划，不错将旅途编码的信息调遣为极化编码的信息。此外，硅芯片中的三个MPD用来检测光的功率。图中，POL为偏振调制器、TOM为热光调制器、CDM为载波调制器。通盘芯片使用OCI1500 OFDR配置进行光频域的漫衍式反射测量。配置从ch3进口（2D grating）接入，通盘芯片里面扫数事件点反射率遵守均同期呈当今一幅图中。从图（b）中测量遵守不错看出，芯片里面每一个节点的反射率，均默契的呈现出来，可透露的偏振调制器和强度调制器的平均反射率分别为−64.45±0.02和−86.1±0.3 dB。

3、测试遵守与沟通

为了寻找相应反射峰对应的具体某个单位反射（透露）的信号，对强度调制器施加不同的调制电压，得到如下图所示的遵守：

在施加0.5v电压时，反射峰位置苟简在31mm处，反射率-100dB（图a）；在施加1v电压时，反射峰苟简在26mm处，且反射率变为-90dB（图b）。作家还分别对硅芯片的信号通说念和同步通说念中的可变光衰减器进行调制，以笃定其他反射峰的位置，遵守如下图所示，为了了了地看到这个变化，将2v直流电信号应用于可变光衰减器（约18dB的衰减）。

为了考证硅光芯片系统的安全性能，著作还用OFDR配置对光纤耦合的铌酸理强度调制器进行测量，并比较芯片、光纤耦合两种体式下的遵守各异。两种体式调制器的测量遵守如下图：

图中，红线框中为通盘里面反射峰信息，而玄色框中为可透露的强度调制器信息。从图中不错看出，硅芯片中露出强度信息的反射峰的反射率彰着低于铌酸锂强度调制器，约14.08 dB（芯片为-86.1dB，光纤耦合铌酸锂为-72.02dB）。此外，由于芯片的尺寸较小，硅芯片里面的反射峰之间的根除要小得多。在铌酸锂调制器中，透露信息位置与非透露信息反射峰的距离约71mm。而对于硅芯片，这个距离为2.69mm。因此，外部窃听源需要更窄的时域脉冲宽度和更高测量分辨率的激光来分离露出信息的脉冲和不露出信息的脉冲。是以，硅光芯片相反木马挫折的智商要更强，即信息安全性更高。

4、归来

著作通过光频域反射（OFDR）技艺测量了小尺寸硅光芯片里面各个事件点的反射情况，评估了基于硅光的量子密钥分发（QKD）系统扞拒时分黑客挫折（THA）的信息安全智商。商酌遵守标明，硅辐射机芯片在面临THA时具有低反射率和短反射峰时分根除的上风。具体来说，较低的反射率使得窃听者更难以取得被反射的木马光子；而较短的反射峰时分根除则提高了对窃听者时域测量精度的要求。

在有关文件中，商酌东说念主员频繁接纳时域有关的光子探伤技艺进行同样测量。但是，对于本文中所使用的4.8x3mm²的袖珍硅光芯片，由于其尺寸极小，时域技艺的距离分辨率不及，无法达到所需的高精度要求。比拟之下，使用频域解调技艺约略提供有余的距离分辨率，以满足精准测量的需求。

跟着硅光技艺和量子通讯技艺的不停着手，预测翌日将愈加正常地应用OFDR配置来测量芯片级别的器件，从而进一步擢升信息安全水平。

参考文件：Chip-Based Quantum Key Distribution against Trojan-Horse Attack；Hao Tan、Wei Li；PHYSICAL REVIEW APPLIED 15, 064038 (2021)

高分辨光学链路会诊仪OCI1500

OCI1500是一款超高精度光学链路会诊仪，旨趣基于光频域反射（OFDR）技艺，单次测量可终了从器件到链路的全限制会诊。可松驰查找并判别光纤链路中的宏弯、畅通点和断点，并精准测量回损、插损和光谱等参数，其事件点定位精度高达0.1mm。不仅可用于光学链路会诊，还可拓展漫衍式光纤传感功能，终了应变和温度高分辨测量。

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