本发明涉及量子通信和光量子编码，尤其涉及一种时间相位编码装置、方法及量子通信系统。
背景技术：
1、量子通信技术是量子物理与信息科学相结合的前沿热点领域，目前应用主要包含量子密钥分发和量子直接通信。基于量子力学海森堡不确定关系、量子不可克隆定理等物理原理，量子密钥分发能够在通信双方实时安全地共享密钥，量子直接通信能够实现信息的传输即安全。量子通信能够检测到通信信道潜在的窃听行为，可应用于国防、政务、金融、电力等高安全信息传输需求的领域。
2、量子通信系统的物理实现，如量子密钥分发和量子直接通信的物理实现，均需对量子态进行编码和解码。在光纤量子通信系统中，时间相位编码(含相位编码)，具有抗信道环境扰动、高效成码等优势，受到业界重视，已成为量子通信主要编码方式。
3、如何在同一个光量子编码装置中兼容多种量子通信协议，实现多种时间相位编码量子态是目前量子通信应用的一个重要问题。
技术实现思路
1、本申请提供一种时间相位编码装置、方法及量子通信系统，用以解决现有技术中提及的技术问题。
2、根据本申请的第一方面，提供一种时间相位编码装置，包括：串联的第一偏振操作模块、第二偏振操作模块以及不等臂偏振控制干涉仪，其中，所述第一偏振操作模块包括：第一偏振控制光路和第一相位调制器；所述第二偏振操作模块包括：第二偏振控制光路和第二相位调制器；
3、所述第一偏振控制光路包括：第一光耦合单元、第二光耦合单元、第一传输光路、第二传输光路；所述第一光耦合单元与所述第二光耦合单元通过所述第一传输光路和所述第二传输光路连接；
4、所述第一光耦合单元用于将输入的光脉冲分束为两路子光脉冲，分别为第一路子光脉冲和第二路子光脉冲，所述第一路子光脉冲和所述第二路子光脉冲分别沿所述第一偏振控制光路中的第一传输光路和第二传输光路传输后由所述第二光耦合单元合束为一路光脉冲输出；所述第一偏振控制光路的两个本征偏振态之一为
5、所述第一相位调制器设置于所述第一偏振控制光路的所述第一传输光路中或所述第二传输光路中；所述第一相位调制器包含第一端口和第二端口，分别为正向输入光端口和反向输入光端口；连接所述第一相位调制器的传输光路均与所述第一相位调制器的第一端口和第二端口的慢轴耦合，或均与所述第一相位调制器的第一端口和第二端口的快轴耦合；所述第一相位调制器用于对输入的子光脉冲进行相位调制，使两路子光脉冲之间产生相位差φ；
6、所述第二偏振控制光路包括：第三光耦合单元、第四光耦合单元、第三传输光路、第四传输光路；所述第三光耦合单元与所述第四光耦合单元通过所述第三传输光路和所述第四传输光路连接；
7、所述第一偏振控制光路将输出的光脉冲通过所述第二控制光路的所述第三光耦合单元输入所述第二偏振控制光路，所述第三光耦合单元用于将输入的光脉冲偏振分束为两路子光脉冲，分别为第三路子光脉冲和第四路子光脉冲，所述第三路子光脉冲和所述第四路子光脉冲分别沿所述第二偏振控制光路中的第三传输光路和第四传输光路传输后由所述第四光耦合单元合束为一路光脉冲输出；所述第二偏振控制光路的两个本征偏振态之一为
8、所述第二相位调制器设置于所述第二偏振控制光路的所述第三传输光路中或所述第四传输光路中；所述第二相位调制器包含第三端口和第四端口，分别为正向输入光端口和反向输入光端口；连接所述第二相位调制器的传输光路均与所述第二相位调制器的第三端口和第四端口的慢轴耦合，或均与所述第二相位调制器的第三端口和第四端口的快轴耦合；所述第二相位调制器对输入的子光脉冲进行相位调制，使两路子光脉冲之间产生相位差
9、所述不等臂偏振控制干涉仪包括：第五光耦合单元、第六光耦合单元、第五传输光路和第六传输光路；所述第五光耦合单元包含至少三个端口，一个输入端口和两个输出端口；所述第六光耦合单元包含至少三个端口，两个输入端口和一个输出端口；所述第五光耦合单元的两个输出端口分别通过所述第五传输光路和所述第六传输光路与所述第六光耦合单元的两个输入端口连接，所述第五传输光路和所述第六传输光路光程不相等；
10、所述第二偏振控制光路输出的光脉冲通过所述不等臂偏振控制干涉仪的所述第五光耦合单元的输入端口输入所述不等臂偏振控制干涉仪，由所述第五光耦合单元将输入光脉冲再次分束为两路子光脉冲，分别为第五路子光脉冲和第六路子光脉冲，所述第五路子光脉冲和所述第六路子光脉冲分别沿所述第五传输光路和第六传输光路传输后由所述不等臂偏振控制干涉仪的所述第六光耦合单元合束为一路光脉冲输出；所述不等臂偏振控制干涉仪的两个本征偏振态之一为
11、其中，所述第一偏振控制光路的本征偏振态与所述第二偏振控制光路的本征偏振态之间夹角，以及所述第一偏振控制光路的本征偏振态与所述不等臂偏振控制干涉仪的本征偏振态之间的夹角依据量子通信协议需求设置。
12、根据本申请的第二方面，提供一种时间相位编码方法，应用上述的时间相位编码装置实现时间相位编码。
13、根据本申请的第三方面，提供一种量子通信系统，包括上述的时间相位编码装置。
14、综上所述，本申请提供的时间相位编码装置、方法及量子通信系统至少具有以下有益效果：
15、本申请采用串联的第一偏振操作模块、第二偏振操作模块和不等臂偏振控制干涉仪，其中，第一偏振操作模块和第二偏振操作模块均分别包括偏振控制光路和相位调制器，不等臂偏振控制干涉仪包括第五光耦合单元、第六光耦合单元以及不等光程的传输光路；通过设置两个偏振操作模块中偏振控制光路的本征偏振态与之间夹角，以及与所述不等臂偏振控制干涉仪的本征偏振态之间的夹角来满足多种量子通信协议需求。本申请采用两个偏振操作模块与不等臂干涉仪串联，通过两个偏振操作模块可以产生三组基六种偏振编码量子态，再将偏振编码量子态转换为时间相位编码量子态，从而实现x基/y基相位基和z基时间基量子态的产生。
1.一种时间相位编码装置，其特征在于，包括：串联的第一偏振操作模块、第二偏振操作模块以及不等臂偏振控制干涉仪，其中，所述第一偏振操作模块包括：第一偏振控制光路和第一相位调制器；所述第二偏振操作模块包括：第二偏振控制光路和第二相位调制器；
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：第三相位调制器，
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一偏振控制光路和/或所述第二偏振控制光路中的光耦合单元为偏振分束器，所述偏振分束器包含三个端口，分别为第一端口、第二端口和第三端口，所述偏振分束器的第一端口为所述第一偏振控制光路和/或所述第二偏振控制光路的输入和输出端口，所述偏振分束器的第二端口和第三端口通过传输光路连接，所述偏振分束器的本征偏振态为所述光耦合单元的本征偏振态。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一偏振控制光路和/或所述第二偏振控制光路中的光耦合单元包括：偏振分束器、第一起偏器和第二起偏器；
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，
11.根据权利要求6至10任一项所述的装置，其特征在于，所述第一相位调制器和/或第二相位调制器在施加频率高于指定阈值的高频调制电信号后，工作在非互易状态，对由正向输入光端口输入的光脉冲的调制效率与对反向输入光端口输入的光脉冲的调制效率的比值不小于预设阈值。
12.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第五光耦合单元为偏振分束器，所述第六光耦合单元为偏振合束器，所述偏振分束器的本征偏振态为所述不等臂偏振控制干涉仪的本征偏振态。
13.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第五光耦合单元为偏振分束器，所述第六光耦合单元为光耦合器，所述偏振分束器的本征偏振态为所述不等臂偏振控制干涉仪的本征偏振态。
14.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第五光耦合单元为光耦合器，所述第六光耦合单元为偏振合束器，所述偏振合束器的本征偏振态为所述不等臂偏振控制干涉仪的本征偏振态。
15.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第五光耦合单元为光耦合器，所述第六光耦合单元为光耦合器，所述不等臂偏振控制干涉仪还包括：两个起偏器，
16.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第五光耦合单元与所述第六光耦合单元为同一偏振分束器，所述不等臂偏振控制干涉仪还包括：两个反射镜，
17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述两个反射镜为四分之一波片反射镜或90°法拉第旋转反射镜。
18.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第五光耦合单元与所述第六光耦合单元为同一光耦合器，所述不等臂偏振控制干涉仪还包括：两个反射镜和两个起偏器，
19.根据权利要求13或15所述的装置，其特征在于，所述第五传输光路或所述第六传输光路为90°扭转保偏光纤，或者，
20.根据权利要求12至18中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：起偏器；
21.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
22.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一偏振控制光路的本征偏振态与所述第二偏振控制光路的本征偏振态之间夹角为：n·22.5°，其中n为整数。
23.根据权利要求22所述的装置，其特征在于，所述第一偏振控制光路的本征偏振态与所述第二偏振控制光路的本征偏振态之间夹角通过旋转两个偏振控制光路中至少之一实现；和/或
24.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括光隔离单元，所述光隔离单元为光隔离器或光环形器，所述光隔离单元设置在第一偏振操作模块和第二偏振操作模块之间。
25.根据权利要求1或22所述的装置，其特征在于，所述第一偏振控制光路的本征偏振态与不等臂偏振控制干涉仪的本征偏振态之间的夹角为m·22.5°，m为整数。
26.根据权利要求25所述的装置，其特征在于，所述第一偏振控制光路的本征偏振态与不等臂偏振控制干涉仪的本征偏振态之间的夹角为通过旋转所述第一偏振控制光路和所述不等臂偏振控制干涉仪中至少之一实现；和/或
27.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
28.根据权利要求27所述的装置，其特征在于，
29.一种时间相位编码方法，其特征在于，应用权利要求1至28任一项所述的时间相位编码装置实现时间相位编码。
30.一种量子通信系统，其特征在于，包括权利要求1至28任一项所述的时间相位编码装置。
