一种量子密钥分发系统的同步方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种量子密钥分发系统的同步方法，该量子密钥分发系统为双工QKD系统，双工QKD系统两端QKD设备的Alice能够分别发出两种波长不同的同步光，发送的同步光在同一条光纤链路中传输，使光纤链路上同时运行两条QKD链路时，两条链路上的同步光波长不同，两端QKD设备的Bob采用光滤波器件，将同步光分离，再采用相应的甄别器对同步光进行甄别。本发明专利技术还提供一种量子密钥分发系统的同步装置。本发明专利技术的优点在于：双工QKD系统两端分别采用不同波长的同步光，解决了由于同步光反射导致双工QKD系统不能全双工运行的问题，并且设备操作简单方便，便于批量生产。

【技术实现步骤摘要】
一种量子密钥分发系统的同步方法及装置
本专利技术涉及量子保密通信领域，特别是提供了一种量子密钥分发系统的同步方法以及基于该同步方法的双工QKD系统。
技术介绍
量子密钥分发(QuantumKeyDistribution，QKD)与经典密钥体系的根本不同在于，其采用单个光子或纠缠光子对作为密钥的载体，由量子力学的基本原理保证了该过程的不可窃听、不可破译性，从而提供了一种更为安全的密钥体系。目前，利用纠缠光子对实现量子密钥分发的技术还不是很成熟，距离实用还有相当的距离；而基于单光子实现的量子密钥分发技术，则已经日臻成熟。基于单光子实现的量子密钥分发技术通常有两种编码方式：偏振编码和相位编码。以偏振编码方式为例，量子密钥分发的基本过程是：1)系统发送方(约定称为Alice)选用两组基矢，随机发送一串具有不同偏振态的光子；2)系统接收方(约定称为Bob)随机选用测量基矢进行接收，由于探测效率和路径衰减的问题，Bob不能探测到所有的光子，只能随机的在一些位置上探测到光子；3)Bob通知Alice他在探测到光子的位置上使用的是哪一种基矢；4)Alice对比自己发送时使用的基矢和Bob测量时使用的基矢，若两者在某位置处所使用的基矢一致，即Bob测量时使用的基矢正确，则保留该位置上的信息，并且告诉Bob他在哪些位置上使用的测量基矢是正确的；5)Bob留下测量基矢正确的位置上的信息；6)这样Alice和Bob就共享了一串随机的密钥。由上述过程可以看出，在量子密钥分发的过程中，Alice和Bob需要进行基矢比对，即比对Alice在某一个位置上发送光子所使用的基矢和Bob在探测这一位置的光子时所使用的测量基矢是否是一致的。为了保证Alice和Bob在同一个位置上进行基矢比对，发送方和接收方之间需要精确的“位置”同步，否则，最终Alice和Bob两端的密钥会出现不一致的现象。所以，系统的同步方法就显得尤其重要。上述的“位置”，形象的描述就是一组光脉冲中的第几个脉冲。在发送端，信号光的光脉冲是以固定频率连续发送的，相邻两个光脉冲之间具有固定的时隙，而同步光的光脉冲是以比信号光发送频率低得多的固定频率连续发送的。在信号光和同步光同时发送时，两个同步光脉冲之间发送的连续不断的信号光即为一组光脉冲。接收端在接收连续不断的信号光时，通过检测出两个同步光脉冲之间的信号光脉冲，可以确定一组光脉冲。所述“位置”信息，即可通过一组信号光脉冲中的第几个脉冲信号得以确定。由于相邻两个信号光脉冲之间具有固定的时隙，上述“位置”也即时间信息。图1表示现有技术方案的同步方法。QKD系统同步的方法是，QKD设备的Alice发送同步光，Bob接收同步光完成甄别，产生同步信号。系统中的量子信道只有一根光纤，即信号光和同步光在同一根光纤中进行传输。在QKD系统的实现上，Alice可能包含N个信号光激光器(具体数量视所采用的QKD编码协议而定)和一个同步光激光器，信号光的波长为λsignal，同步光的波长为λsync，且λsignal≠λsync，将这两种光耦合在同一根光纤中，通过光纤链路传输到Bob端。Bob端包含一个光滤波器件，例如密集型波分复用(DWDM)器件，其中心波长为λsignal，可以将信号光和同步光分离开来，然后将分离出来的信号光做相应的后续处理，将分离出来的同步光送入同步光甄别器中甄别。甄别器甄别出来的信号作为同步信号，供信号光后续处理过程使用。基于现有同步方式的单向(one-way)、双工QKD系统如图2所示，每台设备均包含发送端Alice和接收端Bob，两台QKD设备之间可以同时建立两条QKD链路。两条QKD链路分别是：QKD设备_L的Alice与QKD设备_R的Bob建链；QKD设备_R的Alice与QKD设备_L的Bob建链。由QKD设备_L的Alice的同步光激光器所发出的同步光，经光纤链路传输之后，由QKD设备_R的Bob的同步光甄别器甄别；由QKD设备_R的Alice的同步光激光器所发出的同步光，经光纤链路传输之后，由QKD设备_L的Bob的同步光甄别器甄别。从现有技术可以看出，传统的基于同步的双工QKD系统，其QKD设备_L的Alice和QKD设备_R的Alice所发出的同步光是波长相同的。在本领域当中，有定义为“双向QKD系统”，这指的是QKD的实现方式上，信号光从第一QKD端被发送给第二QKD端，随后沿原光路返回第一QKD端。一般来说，从第一QKD端发给第二QKD端的信号光较强，平均每个脉冲几百或几千个光子，并在返回给第一QKD端之前，在第二QKD端被衰减到单光子量级(平均每个脉冲一个光子或者更少)。系统的光纤链路上只有一条QKD链路，是一个双向(two-way)、单工的过程。对比文献如MAGIQ技术公司的《具有后向散射抑制的双向QKD系统》(专利号为200580025415.3)，其第一QKD站具有以不同的波长发光的激光源，和多个单光子探测器(SPD)单元。在双向QKD系统中，后向散射光一般由较强的输出信号光在连接第一和第二QKD站的光纤链路中产生。为了减少或避免后向散射光干扰从第二QKD站返回第一QKD站的信号光的探测，该专利在顺序激活第一QKD站中SPD单元中的各对SPD的时候，顺序激活不同的光源。该专利所要解决的是双向QKD系统中信号光的探测易受后向散射光干扰的问题，且其对相关控制系统的要求较高，需要根据实际光纤链路的长度，计算信号光的预期到达时间，在预期到达时间进行不同的光源、SPD单元的激活控制，控制精度要求高，并且该顺序激活的过程持续进行。现有的同步方法应用于单向(one-way)、双工系统时，如图2所示，QKD设备_L的Alice和QKD设备_R的Alice发出的同步光波长是相同的，并且在同一根光纤中传输。由于实际光纤链路环境不理想，存在光纤端面反射现象。例如，当QKD设备_L的Alice与QKD设备_R的Bob链路启动后，QKD设备_L的Alice发出的同步光可能存在反射现象，其反射光进入QKD设备_L的Bob，从而导致QKD设备_R的Alice与QKD设备_L的Bob链路中的同步信号误甄别；这样当QKD设备_R的Alice与QKD设备_L的Bob链路启动后，QKD设备_R的Alice发出的同步光会受到干扰，导致系统不能正常运行。
技术实现思路
本专利技术提供一种量子密钥分发系统的同步方法及装置，用于解决由于双工QKD系统中QKD设备_L的Alice与QKD设备_R的Alice同步光的波长相同，而造成的同步光反射将导致两条QKD链路不能同时运行的问题。本专利技术采用以下技术方案解决上述技术问题的：本专利技术的同步方法，用在双工QKD系统中，双工QKD系统两端QKD设备的Alice能够分别发出两种波长不同的同步光，发送的同步光在同一条光纤链路中传输，使光纤链路上同时运行两条QKD链路时，两条链路上的同步光波长是不同的，两端QKD设备的Bob采用相应的甄别器对同步光进行甄别。值得注意的是，本专利技术使用的“双工QKD系统”概念与对比文献中的“双向QKD系统”不是同一个概念。对比文献《具有后向散射抑制的双向QKD系统》中提出的是QKD的一种实现方式，不是系统的同步方法。该对比文献中“双向系统”的定义是系统一端的QKD设备(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种量子密钥分发系统的同步方法，该量子密钥分发系统为双工QKD系统，其特征在于：双工QKD系统两端QKD设备的Alice能够分别发出两种波长不同的同步光，发送的同步光在同一条光纤链路中传输，使光纤链路上同时运行两条QKD链路时，两条链路上的同步光波长不同，两端QKD设备的Bob采用相应的甄别器对同步光进行甄别。

【技术特征摘要】
1.一种量子密钥分发系统的同步方法，该量子密钥分发系统为双工QKD系统，其特征在于：双工QKD系统两端QKD设备的Alice能够分别发出两种波长不同的同步光，发送的同步光在同一条光纤链路中传输，使光纤链路上同时运行两条QKD链路时，两条链路上的同步光波长不同，两端QKD设备的Bob采用相应的甄别器对同步光进行甄别。2.根据权利要求1所述的量子密钥分发系统的同步方法，其特征在于：所述同步方法具体包括：在QKD系统两端的QKD设备的Alice均配有两个不同波长的同步光激光器，并在双工QKD系统中配置控制模块，经控制模块控制QKD系统两端的QKD设备的Alice分别发送哪一种波长的同步光，发送的同步光在同一条光纤链路中发送给对应QKD设备的Bob，并且QKD系统两端的QKD设备的Bob均配置有光滤波器件，光滤波器件将分离出的同步光送入对应的甄别器之中进行甄别，控制模块还控制着两端的QKD设备的Bob分别将哪种甄别器探测到的信号作为同步信号。3.根据权利要求1所述的量子密钥分发系统的同步方法，其特征在于：所述同步方法具体包括：在QKD系统两端的QKD设备的Alice均配有一个波长可调的同步光激光器，该波长可调的同步光激光器能够发出两种波长不同的同步光，QKD系统两端的QKD设备的Alice分别发送哪一种波长的同步光由控制模块调度，发送的同步光在同一条光纤链路中发送给对应QKD设备的Bob，并且QKD系统两端的QKD设备的Bob均配置有光滤波器件，光滤波器件将分离出的同步光送入对应的甄别器之中进行甄别，控制模块还控制着两端的QKD设备的Bob分别将哪种甄别器探测到的信号作为同步信号。4.根据权利要求1所述的量子密钥分发系统的同步方法，其特征在于：所述同步方法具体包括：在QKD系统两端的QKD设备的Alice均配有一个波长可调的同步光激光器，该波长可调的同步光激光器能够发出两种波长不同的同步光，发送的同步光在同一条光纤链路中发送给对应QKD设备的Bob，QKD系统两端的QKD设备的Bob均配置有光滤波器件，光滤波器件将分离出的同步光送入对应的甄别器之中进行甄别，经系统初始配置后，其中一个QKD设备的同步光激光器发送波长为λ1的同步光sync1，并将对应的一个甄别器探测到的信号作为同步信号，另一个QKD设备的同步光激光器发送波长为λ2的同步光sync2，并将对应的一个甄别器探测到的信号作为同步信号。5.根据权利要求1所述的量子密钥分发系统的同步方法，其特征在于：所述同步方法具体包括：在QKD系统两端的QKD设备的Alice均配有...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐世彪，姚海涛，贾云，
申请(专利权)人：科大国盾量子技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34