量子密钥分配装置及系统制造方法及图纸

本申请提供了一种量子密钥分配装置及系统，属于信息安全技术领域。该装置包括：衰减器、控制器、激光源、强度调制器IM以及干涉仪，其中，激光源用于输出光信号，IM用于对光信号的强度进行调制，并将调制后的光信号输出至干涉仪，干涉仪用于得到具有时间差的两个光信号，并将得到的两个光信号输出至衰减器；控制器用于当需要分配量子密钥时，控制衰减器将接收到的两个光信号衰减为两个量子信号并输出，控制器还用于当需要校准零点电压时，控制衰减器将接收到的两个光信号衰减为两个非量子信号并输出，其中，量子信号的光功率低于非量子信号的光功率。本申请实施例改善了零点电压带来的误码问题。

Quantum key distribution device and system

The application provides a quantum key distribution device and a system, and belongs to the field of information security technology. The device includes attenuator, controller, laser source, intensity modulator IM and interferometer, in which the laser source is used to output the optical signal, the IM is used to modulate the intensity of the optical signal, and the modulated optical signal is output to the interferometer. The interferometer is used to obtain two optical signals with time difference, and the two optical signals are obtained. The controller is used to control the attenuator to attenuate the received two optical signals to two quantum signals and output them when the quantum key is needed. The controller is also used to control the attenuator to attenuate the received two optical signals to two non-quantum signals when the zero-point voltage needs to be calibrated. The optical power of the quantum signal is lower than that of the non quantum signal. The application example improves the error rate caused by zero voltage.

【技术实现步骤摘要】
量子密钥分配装置及系统
本申请涉及信息安全
，特别涉及一种量子密钥分配装置及系统。
技术介绍
随着社会进入全面信息化时代，信息安全越来越受到大家的重视，通信双方往往基于密钥传输信息。一般地，发送端会在通信前将密钥分配给接收端，为避免密钥在分配过程中被窃听，各种设计精巧的密钥应运而生。其中，量子密钥以量子的不可复制性，在分配过程中的防窃听效果尤为显著。目前，一般通过量子密钥分配(QuantumKeyDistribution，QKD)系统分配量子密钥。如图1所示，在QKD系统中，发送端可以包括激光二极管(laserDiode，LD)、强度调制器(IntensityModulator，IM)、衰减器Attenuator和不等臂马赫曾德尔干涉仪A(以下简称干涉仪)。接收端包括与发送端相同的干涉仪B以及两个单光子探测器(SinglePhotonDetector，SPD)。其中，每个干涉仪的短臂上设置有法拉第反射镜(FaradayMirror，FM)，长臂上设置有FM和相位调制器(PhaseModulator，PM)。在分配量子密钥时，发送端的LD发出光信号，由IM对光信号的强度进行调制，调制后的光信号由干涉仪A转变为具有时间差的两个光信号，并由PM对长臂上的光信号进行相位调制，调制的相位可以随机为0、π/2、π或3π/2，进而，从干涉仪A的两臂输出的两个光信号输出至衰减器，以大幅度衰减每个光信号包含的平均光子数，从而得到量子信号a1和a2，并将两个量子信号按照时间先后发送至接收端。接收端的干涉仪B接收到每个量子信号时，均可以将该量子信号转变具有时间差的两个量子信号，并由PM对长臂上的量子信号进行相位调制，调制的相位可以随机为0或π/2。设a1从干涉仪B的短臂输出的量子信号为a1b1，从长臂输出的量子信号为a1b2；设a2从短臂输出的量子信号为a2b1，从长臂输出的量子信号为a2b2，由于干涉仪A与干涉仪B相同，信号转变时的时间差相同，使得a1b2和a2b1可以同时从干涉仪B输出，成为相干涉的量子信号，并根据二者的相位差将信号中的光子输出至SPD1或SPD2：当a1b2和a2b1的相位差为0或π时，两个量子信号中的光子可以全部输出至SPD1或SPD2；当a1b2和a2b1的相位差为π/2或3π/2时，两个量子信号中的部分光子可以输出至SPD1，另一部分光子输出至SPD2,因此，接收端可以将SPD1和SPD2对光子的计数值与阈值进行比较，并根据比较结果得到量子密钥。例如，当SPD1的计数值大于阈值时，SPD1进行响应，获取对应的密钥值为1，当SPD2的计数值大于阈值时，SPD2进行响应，获取对应的密钥值为0，从而获取到的一串密钥值作为量子密钥。在实现本申请的过程中，专利技术人发现现有技术至少存在以下问题：相位调制器在不同的电压下会调制出不同的相位，然而，相位调制器自身受温度、振动等外界条件影响，即使施加相同的电压，在不同的外界条件下也会调制出不同的相位，导致相位调制器的零点电压会发生改变，零点电压是指调制出0相位时所施加的电压，使得接收端基于原来的零点电压调制相位时，实际调制出的相位不准确，进而导致接收端对光子的计数值有误，分配到的量子密钥出错。因此，亟需一种量子密钥分配装置，改善零点电压带来的误码问题。
技术实现思路
为了解决现有技术的问题，本申请实施例提供了一种量子密钥分配装置及系统。所述技术方案如下：第一方面，提供了一种量子密钥分配装置，所述装置包括：衰减器、控制器、激光源、强度调制器IM以及干涉仪，其中，所述激光源用于输出光信号，所述IM用于对所述光信号的强度进行调制，并将调制后的光信号输出至所述干涉仪，所述干涉仪用于得到具有时间差的两个光信号，并将得到的两个光信号输出至所述衰减器；所述控制器用于当需要分配量子密钥时，控制所述衰减器将接收到的两个光信号衰减为两个量子信号并输出，所述控制器还用于当需要校准零点电压时，控制所述衰减器将接收到的两个光信号衰减为两个非量子信号并输出，其中，所述量子信号的光功率低于所述非量子信号的光功率。本申请实施例通过当需要分配量子密钥时，控制衰减器将接收到的两个光信号衰减为两个量子信号并输出，当需要校准零点电压时，控制衰减器将接收到的两个光信号衰减为两个非量子信号并输出，使接收端可以基于量子信号得到量子密钥，也可以使接收端基于非量子信号中的光子计数值校准零点电压，从而改善了零点电压带来的误码问题。而且，由于非量子信号的平均光子数相比量子信号更多，在每个电压下可以更快地累积得到足够的光子数，提高了校准零点电压的效率，并为分配量子密钥提供了更充足的编码时间。在一种可能实现方式中，所述装置还包括波分复用器，所述波分复用器用于将所述控制器输出的光信号和所述衰减器输出的光信号合并，并发送至另一量子密钥分配装置，其中，所述控制器输出的光信号与所述衰减器输出的光信号的波长不同，用于确保两个量子密钥分配装置的同步。在一种可能实现方式中，所述控制器与另一量子密钥分配装置的控制器连接，用于传输同步信号。以上两种实现方式提供了传输同步信号的两种具体过程。即可以采用波分复用的方式传输同步信号，也可以采用控制器间直接连接的方式进行传输，使得发送端和接收端当前的事件同步，保证了量子密钥分配过程和零点电压校准过程均可以合理有序地进行。在一种可能实现方式中，所述干涉仪包括相位调制器；所述控制器对所述相位调制器所施加的电压保持不变。该实现方式提供了校准零点电压的具体方式，通过保持发送端的电压，调节接收端的电压，可以确定接收端的电压与光信号经两次相位调制后的相位差之间的对应关系，并根据干涉原理，最大光子计数值对应干涉相长的情况，也即是相位差为0的情况，因此可以将此时的电压确定为零点电压，并进行校准。第二方面，提供了一种量子密钥分配装置，所述装置包括：干涉仪、控制器、光选择器、单光子探测器SPD以及光电二极管；其中，所述干涉仪用于接收光信号，得到相干涉的光信号，将所述相干涉的光信号输出至所述光选择器，所述光选择器用于将所述相干涉的光信号输出至所述光电二极管和/或所述SPD；所述SPD用于在所述相干涉的光信号为量子信号时，对所述量子信号的光子进行计数，所述光电二极管用于在所述相干涉的光信号为非量子信号时，对所述非量子信号的光子进行计数；所述控制器用于基于所述光电二极管中的光子计数值校准零点电压。在一种可能实现方式中，所述光选择器为光开关，所述光开关用于基于所述控制器的控制，将所述量子信号输出至所述SPD，将所述非量子信号输出至所述光电二极管。在一种可能实现方式中，所述光选择器为光分束器，所述光分束器用于将所述相干涉的光信号输出至所述SPD和所述光电二极管；所述控制器用于当所述相干涉的光信号为量子信号时，控制打开所述SPD的输入接口，当所述相干涉的光信号为非量子信号时，控制打开所述光电二极管的输入接口。以上两种实现方式提供了两种控制SPD或光电二极管进行计数的方式，既可以通过光开关直接控制量子信号或非量子信号的输出方向，也可以通过光分束器将当前的光信号分路，由控制器对SPD或光电二极管的输入接口进行控制，使得控制方式多样化。在一种可能实现方式中，所述干涉仪包括相位调制器；所述控制器用于对所述相位调制器所施加的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种量子密钥分配装置，其特征在于，所述装置包括：衰减器、控制器、激光源、强度调制器IM以及干涉仪，其中，所述激光源用于输出光信号，所述IM用于对所述光信号的强度进行调制，并将调制后的光信号输出至所述干涉仪，所述干涉仪用于得到具有时间差的两个光信号，并将得到的两个光信号输出至所述衰减器；所述控制器用于当需要分配量子密钥时，控制所述衰减器将接收到的两个光信号衰减为两个量子信号并输出，所述控制器还用于当需要校准零点电压时，控制所述衰减器将接收到的两个光信号衰减为两个非量子信号并输出，其中，所述量子信号的光功率低于所述非量子信号的光功率。

【技术特征摘要】
1.一种量子密钥分配装置，其特征在于，所述装置包括：衰减器、控制器、激光源、强度调制器IM以及干涉仪，其中，所述激光源用于输出光信号，所述IM用于对所述光信号的强度进行调制，并将调制后的光信号输出至所述干涉仪，所述干涉仪用于得到具有时间差的两个光信号，并将得到的两个光信号输出至所述衰减器；所述控制器用于当需要分配量子密钥时，控制所述衰减器将接收到的两个光信号衰减为两个量子信号并输出，所述控制器还用于当需要校准零点电压时，控制所述衰减器将接收到的两个光信号衰减为两个非量子信号并输出，其中，所述量子信号的光功率低于所述非量子信号的光功率。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括波分复用器，所述波分复用器用于将所述控制器输出的光信号和所述衰减器输出的光信号合并，并发送至另一量子密钥分配装置，其中，所述控制器输出的光信号与所述衰减器输出的光信号的波长不同，用于确保两个量子密钥分配装置的同步。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制器与另一量子密钥分配装置的控制器连接，用于传输同步信号。4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述干涉仪包括相位调制器；所述控制器对所述相位调制器所施加的电压保持不变。5.一种量子密钥分配装置，其特征在于，所述装置包括：干涉仪、控制器、光选择器、单光子探测器SPD以及光电二极管；其中，所述干涉仪用于接收光信号，得到相干涉的光信号，将所述相干涉的光信号输出至所述光选择器，所述光选择器用于将所述相干涉的光信号输出至所述光电二极管和/或所述SPD；所述SPD用于在所述相干涉的光信号为量子信号时，对所述量子信号的光子进行计数，所述光电二极管用于在所述相干涉的光信号为非量子信号时，对所述非量子信号的光子进行计数；...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹冬阳，苏长征，侯家兴，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44