一种测量设备无关量子密钥分发系统的自动同步装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种测量设备无关量子密钥分发系统的自动同步装置，包括同步单元、多个量子终端单元、量子中继单元和传输单元。同步控制器输出一个脉冲分为两路，一路输入时幅转换仪的开始端，一路触发同步激光器发送1310nm的同步光脉冲，经传输单元到达量子终端单元，由延时驱动芯片驱动1550nm激光器发出信号光脉冲返回量子中继单元，由光电探测器转换为电脉冲信号，输入时幅转换仪的结束端。时幅转换仪开始端和结束端触发脉冲之间的时延即为信号在链路中的飞行时间。本实用新型专利技术能自动实时测量设备无关量子密钥分发系统中各量子终端单元之间的时延，并进行稳定有效的补偿，不依赖于大型设备如OTDR等，也无需额外设备，所采用的元件成熟可靠，有利于节省整个系统的成本。

An automatic synchronization device for measuring device independent quantum key distribution system

The utility model discloses an automatic synchronization device for measuring equipment independent quantum key distribution system, which includes a synchronization unit, a plurality of quantum terminal units, a quantum relay unit and a transmission unit. The synchronization controller outputs a pulse to be divided into two channels, which is the beginning of the input amplitude conversion device. A synchronous laser is triggered by a synchronous laser to send 1310nm synchronous light pulses. The transmission unit reaches the quantum terminal unit. The delay drive chip drives the 1550nm laser to send out the signal light pulse to return to the quantum relay unit, and is detected by the photoelectric detection. The device is converted to an electrical pulse signal and input to the end of the time amplitude convertor. The time delay between the start and end trigger pulses of the time amplitude convertor is the flight time of the signal in the link. The utility model can automatically and realtime measure the delay between the quantum terminal units in the device independent quantum key distribution system, and make the stable and effective compensation. It is not dependent on the large equipment such as OTDR and no additional equipment. The components used are mature and reliable, which is beneficial to the cost of saving the whole system.

【技术实现步骤摘要】
一种测量设备无关量子密钥分发系统的自动同步装置
本技术涉及量子信息以及光通信
，特别涉及一种测量设备无关量子密钥分发系统的自动同步装置。
技术介绍
量子密钥分发(QuantumKeyDistribution,QKD)是量子力学与信息科学相结合的产物,允许在窃听者Eve存在的情况下为合法用户Alice和Bob提供绝对安全的对称密码,因此引起了广泛的关注。通信双方Alice和Bob利用上述密钥对所需交换的信息加密就实现了安全通信。然而，因为实际器件和环境与理想存在差异，所以量子密钥分发在实际应用中的安全性受到了巨大的挑战。例如：以常用的弱相干态准单光子源为攻击对象的PNS攻击，以单光子探测器为攻击对象的探测器致盲攻击、时移攻击等，严重影响了QKD的安全性。人们在理论和实验上都做出努力，试图弥补这些缺陷。2005年，诱骗态方案的提出有效解决了弱相干态准单光子源中多光子成分带来的缺陷。2012年，测量设备无关协议的提出则一次性消除了探测器端的安全漏洞。原始测量设备无关协议中，Alice和Bob分别制备量子态并发送给Charlie。Charlie对收到的光子进行Bell态测量。如果测得的结果为Bell态Ψ±，则认为测量成功，Charlie宣布测量结果。Alice和Bob通过该结果得到原始密钥，经过纠错和保密增强最终得到安全量子密钥。测量设备无关协议的本质是通过Bell态测量，Alice和Bob共享了完美的纠缠态，这就保证了两者之间的关联性与第三者Charlie无关，因此Charlie可以是任何人甚至窃听者，测量设备无关协议对于探测端的攻击天然免疫。原始测量设备无关协议是针对两方通信的。进一步地，测量设备无关协议的思想可以扩展应用到其他类型的纠缠态，例如GHZ态或者W态。具体的实现略有不同，但是其基本思想都是通信终端制备量子态后发送到中继，中继进行纠缠态测量。如果中继测量使得客户端发送的粒子处于纠缠态，根据时间反转的EPR协议，可以认为客户端拥有的虚拟粒子也处于纠缠态，具有关联关系。中继公布测量结果，各通信终端根据测量结果和之前制备量子态的信息，实现相互之间的密钥分配。实现上述过程，需要满足以下要求：各客户端发送的量子态要在准确的时间到达分析仪；到达光子要不可区分(频谱、偏振等)。后者通过HOM效应测量可以判断不同激光器发出的光子是否可以达到要求。对于前者，需要准确地延时使得光子到达时间完全匹配，较早的方式是手动调节光纤延时线来实现，需要借助如OTDR等仪器，步骤十分繁琐。而且光纤长度可能随着时间、温度等有所变化，手动方式很难实现实时补偿。
技术实现思路
本技术目的是克服现有技术的不足，提供一种测量设备无关量子密钥分发系统的自动同步装置，解决实际应用中光子到达时间匹配的问题。为实现上述目的，本技术提供如下技术方案：一种测量设备无关量子密钥分发系统的自动同步装置，包括多个量子终端单元、多个传输单元、1个量子中继单元和1个同步单元，所述同步单元通过内部电路与量子中继单元连接，所述量子终端单元通过传输单元与量子中继单元连接，其中：所述同步单元包括同步控制器、同步激光器、第一发送端分束器、第二发送端分束器、……第N-1发送端分束器；第一接收端分束器、第二接收端分束器、……第N接收端分束器；第一光电探测器、第二光电探测器、……第N光电探测器、时幅转换仪和1×N开关；多个所述传输单元均包括通过光纤依次连接的波分复用器和波分解复用器；所述同步控制器通过电信号分别控制所述同步激光器，时幅转换仪以及多个量子终端单元；所述同步激光器通过光纤依次与所述第一发送端分束器、第二发送端分束器、……第N-1发送端分束器相连，所述第一发送端分束器、第二发送端分束器、……第N-1发送端分束器分别与一个传输单元的波分复用器输入端相连；任意一个传输单元的波分复用器输出端依次分别与所述第一接收端分束器、第二接收端分束器、……第N接收端分束器的输入端连接，所述第一接收端分束器、第二接收端分束器、……第N接收端分束器将入射光分为两个脉冲，其中一个通过光纤与所述量子中继单元连接，另一个脉冲通过光纤依次分别与所述第一光电探测器、第二光电探测器、……第N光电探测器相连；所述第一光电探测器、第二光电探测器、……第N光电探测器探测的结果依次通过1×N开关和时幅转换仪反馈给所述同步控制器。多个所述量子终端单元均包括依次连接的光电探测器、延时驱动芯片、脉冲激光器、相位调制器、偏振控制器、强度调制器和可调衰减器；其中，所述光电探测器、延时驱动芯片、脉冲激光器之间通过电路连接；所述脉冲激光器、相位调制器、偏振控制器、强度调制器和可调衰减器之间通过光纤连接；所述光电探测器和可调衰减器分别与所述传输单元的波分解复用器的输出端口以及输入端口连接。所述同步激光器为1310nm的激光器。所述第一接收端分束器、第二接收端分束器、……第N接收端分束器的透射反射比为1:99。所述时幅转换仪具有开始和结束端，用于测量开始端触发脉冲与结束端触发脉冲之间的时延。所述同步控制器控制1×N开关选择来自不同链路的信号测试时延。所述偏振控制器用于随机调制水平，垂直，+45度和-45度偏振；所述偏振控制器用于随机加载[0,2π]之间的相位。所述强度调制器用于将光脉冲调制为诱骗态或信号态。所述量子中继单元用于接收2至N个光子，对2至N个光子进行投影测量，得到2至N个光子的纠缠态。所述同步控制器用于设置延迟驱动芯片的延时参数，控制精度为100ps。与现有技术相比，本技术的有益效果为：1.各量子终端单元与量子中继单元之间的光纤链路不需要完全一致。2.不需要人工干预，系统自动调节延时参数，使得光子到达时间匹配。3.减少了大型仪器的使用，降低了成本。4.使用波分复用方式，同步激光使用1310nm，不干扰信号脉冲的工作。附图说明图1为本技术的量子终端单元的结构框图；图2为本技术的量子中继单元的结构框图；图3为本技术的工作原理框图；图4为本技术的在量子终端单元个数为3时实施例原理图。图中各部件对应的名称：量子终端单元-1’；延时驱动芯片-101，脉冲激光器-102，相位调制器-103，偏振控制器-104，强度调制器-105，可调衰减器-106，光信道监控器-107，光电探测器-108；传输单元-2’；波分复用器-201、202……20N,波分解复用器-211、212……21N；量子中继单元-3’；偏振分束器-301、302……305，电控偏振控制器-311、312……313，单光子探测器-321、322……326，符合计数器-331同步单元-4’；同步控制器-401，同步脉冲激光器-402，时幅转换仪403，1×N开关404，发送端分束器-411、412、……41(N-1)(未画出)、接收端分束器421、422、……42N，光电探测器-431、432……43N。具体实施方式下面结合附图对本技术的具体实施方式作进一步说明。参照附图1-4所示，一种测量设备无关量子密钥分发系统的自动同步装置，包括量子终端单元1’，传输单元2’，量子中继单元3’和同步单元4’。其中量子终端单元1’包括延时驱动芯片101，脉冲激光器102，相位调制器103，偏振控制器104，强度调制器10本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测量设备无关量子密钥分发系统的自动同步装置，其特征在于，包括多个量子终端单元、多个传输单元、1个量子中继单元和1个同步单元，所述同步单元通过内部电路与量子中继单元连接，所述量子终端单元通过传输单元与量子中继单元连接，其中：所述同步单元包括同步控制器、同步激光器、第一发送端分束器、第二发送端分束器、……第N‑1发送端分束器；第一接收端分束器、第二接收端分束器、……第N接收端分束器；第一光电探测器、第二光电探测器、……第N光电探测器和时幅转换仪和1×N开关；多个所述传输单元均包括通过光纤依次连接的波分复用器和波分解复用器；所述同步控制器通过电信号分别控制所述同步激光器，时幅转换仪以及多个量子终端单元；所述同步激光器通过光纤依次与所述第一发送端分束器、第二发送端分束器、……第N‑1发送端分束器相连，所述第一发送端分束器、第二发送端分束器、……第N‑1发送端分束器分别与一个传输单元的波分复用器输入端相连；任意一个传输单元的波分复用器输出端依次分别与所述第一接收端分束器、第二接收端分束器、……第N接收端分束器的输入端连接，所述第一接收端分束器、第二接收端分束器、……第N接收端分束器的一方面通过光纤与所述量子中继单元连接，另一方面通过光纤依次分别与所述第一光电探测器、第二光电探测器、……第N光电探测器相连；所述第一光电探测器、第二光电探测器、……第N光电探测器探测的结果依次通过1×N开关和时幅转换仪反馈给所述同步控制器。...

【技术特征摘要】
1.一种测量设备无关量子密钥分发系统的自动同步装置，其特征在于，包括多个量子终端单元、多个传输单元、1个量子中继单元和1个同步单元，所述同步单元通过内部电路与量子中继单元连接，所述量子终端单元通过传输单元与量子中继单元连接，其中：所述同步单元包括同步控制器、同步激光器、第一发送端分束器、第二发送端分束器、……第N-1发送端分束器；第一接收端分束器、第二接收端分束器、……第N接收端分束器；第一光电探测器、第二光电探测器、……第N光电探测器和时幅转换仪和1×N开关；多个所述传输单元均包括通过光纤依次连接的波分复用器和波分解复用器；所述同步控制器通过电信号分别控制所述同步激光器，时幅转换仪以及多个量子终端单元；所述同步激光器通过光纤依次与所述第一发送端分束器、第二发送端分束器、……第N-1发送端分束器相连，所述第一发送端分束器、第二发送端分束器、……第N-1发送端分束器分别与一个传输单元的波分复用器输入端相连；任意一个传输单元的波分复用器输出端依次分别与所述第一接收端分束器、第二接收端分束器、……第N接收端分束器的输入端连接，所述第一接收端分束器、第二接收端分束器、……第N接收端分束器的一方面通过光纤与所述量子中继单元连接，另一方面通过光纤依次分别与所述第一光电探测器、第二光电探测器、……第N光电探测器相连；所述第一光电探测器、第二光电探测器、……第N光电探测器探测的结果依次通过1×N开关和时幅转换仪反馈给所述同步控制器。2.如权利要求1所述的一种测量设备无关量子密钥分发系统的自动同步装置，其特征在于，多个所述量子终端单元均包括依次连接的光电探测器、延时驱动芯片、脉冲激光器、相位调制器、偏振控制器、强度调制器和可调衰减器；其中，所述光电探测器、延...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡敏，郭邦红，张立涛，曾涵宇，冉攀，
申请(专利权)人：华南师范大学，广东国腾量子科技有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44