双路即插即用量子密钥分发系统的自适应光路补偿方法技术方案

针对现有双路即插即用量子密钥分发系统中光学器件容易受到外界环境的影响而导致系统不能长时间高效稳定运行的问题，本发明专利技术提供一种双路即插即用量子密钥分发系统的自适应光路补偿方法，属于量子通信技术领域。本发明专利技术针对Alice端的相位调制器，Bob端的相位调制器及Alice端探测光子的单光子探测器SPD0、SPD1的控制时钟延时进行精确控制与补偿，并分别在启动时和运行过程中进行实时补偿，使量子密钥分发系统能够在每次开机运行前核心光学器件的工作参数处于较好的状态，并且能够维持系统长时间处于一种高效工作的状态，以保持量子密钥分发系统的高效稳定运行。

Adaptive optical path compensation for two way plug and play quantum key distribution system

The invention provides an adaptive optical path compensation method for the two-way plug and play quantum key distribution system, which belongs to the field of quantum communication technology. The invention aims at the precise control and compensation of the phase modulator at the Alice end, the phase modulator at the Bob end and the control clock delay of the spd0 and spd1 single photon detectors detecting photons at the Alice end, and the real-time compensation is carried out at the start-up time and during the operation process respectively, so that the working parameters of the core optical devices of the quantum key distribution system can be in a better state before each start-up and operation, And it can maintain the system in an efficient state for a long time, so as to maintain the efficient and stable operation of the quantum key distribution system.

【技术实现步骤摘要】
双路即插即用量子密钥分发系统的自适应光路补偿方法
本专利技术涉及一种量子密钥分发系统，特别涉及一种自适应光路补偿后的量子密钥分发系统，属于量子通信

技术介绍
量子密钥分发(QKD)利用量子力学的基本原理来实现密钥的安全分发。近年来QKD得到了快速的发展，并逐步进入实用阶段。QKD系统一般分为三部分：物理层、后处理层及控制层。物理层是量子密钥分发系统的基础，负责量子态的制备、传输和测量，生成原始密钥；后处理层的功能是将物理层生成的原始密钥转换为最终安全密钥，包括筛选、误码协商、保密增强和信道认证等过程；控制层负责控制物理层与后处理层的正常工作。控制层作为QKD系统的重要组成部分在维持系统的高效稳定运行中发挥着重要作用。QKD系统的控制层通常包括时钟信号生成控制、时钟同步控制、信号处理等本领域技术人员已提出了一些控制方案。例如，现有技术中有一种帧格式编码方案来实现信息同步。ParkB现有技术中有一种光路补偿算法来保持系统稳定，可以有效地补偿雪崩光电二极管(APD)的计数率随光纤环境的变化。但实际QKD系统中存在的一些问题还没有很好的解决方案。例如，环境的变化不仅会影响雪崩光电二极管，而且会影响基于相位调制的QKD系统的另一个核心器件——相位调制器；系统不仅在开机时需要保证物理层的单光子探测器和相位调制器处于正常的工作状态，在运行过程中雪崩光电二极管的工作效率也会受到温度的影响而降低。因此对量子密钥分发系统中的核心光学器件进行自适应的参数控制调节对于维持系统长时间的稳定运行是十分必要的。<br>
技术实现思路
针对现有双路即插即用量子密钥分发系统中光学器件容易受到外界环境的影响而导致系统不能长时间高效稳定运行的问题，本专利技术提供一种双路即插即用量子密钥分发系统的自适应光路补偿方法。本专利技术的一种双路即插即用量子密钥分发系统的自适应光路补偿方法，双路即插即用量子密钥分发系统在启动过程中，所述自适应光路补偿方法包括：S1、根据系统光路参数计算出每个工作周期内系统中各个核心光学器件的控制时钟延时理论值；单光子探测器SPD0和SPD1分别在量子密钥分发系统中的两路光脉冲P1和P2的相位差为π的偶数倍、奇数倍时探测到达Bob端的光子；S2、根据单光子探测器SPD0的探测值大小和S1中计算出的单光子探测器SPD0的控制时钟延时理论值，以该理论值为中心设置单光子探测器SPD0的控制时钟延时调节区间，调节Alice端和Bob端的相位加载模式，使光子到达Bob端时全部分布在单光子探测器SPD0上，在所述单光子探测器SPD0的控制时钟延时调节区间内对单光子探测器SPD0的控制时钟延时进行调节，获取单光子探测器SPD0的探测值最大值对应的控制时钟延时作为单光子探测器SPD0初始工作控制时钟延时，结合单光子探测器SPD0与单光子探测器SPD1工作控制时钟延时的固定差值，确定单光子探测器SPD1初始工作控制时钟延时，验证单光子在单光子探测器SPD0上的探测值是否符合设定的阈值，若是，转入S3，若否，则调节失败；S3、根据S1中计算出的Bob端相位调制器控制时钟延时理论值，以该理论值为中心设置Bob端相位调制器的控制时钟延时调节区间，调节Alice端和Bob端的相位加载模式，在所述相位调制器的控制时钟延时调节区间内调节Bob端相位调制器的延时，使得光子均匀分布在单光子探测器SPD0和单光子探测器SPD1上，将此时的Bob端相位调制器的延时作为Bob端相位调制器的实际控制时钟延时，验证单光子在单光子探测器SPD0和单光子探测器SPD1上的探测值是否符合设定的阈值，若是，转入S4，若否，则调节失败，返回S2；S4、根据S1中计算出的Alice端相位调制器控制时钟延时理论值，以该理论值为中心设置Alice端相位调制器的控制时钟延时调节区间，调节Alice端和Bob端的相位加载模式，在所述Alice端相位调制器的控制时钟延时调节区间内调节Bob端相位调制器的延时，使得全部分布在单光子探测器SPD1上，将此时的Alice端相位调制器的延时作为Alice端相位调制器的实际控制时钟延时，验证单光子在单光子探测器SPD0和单光子探测器SPD1上的探测值是否符合设定的阈值，若是，转入S5，若否，则调节失败，返回S2；S5、在S2中单光子探测器SPD0初始工作控制时钟延时及单光子探测器SPD1初始工作控制时钟延时、S3中Bob端相位调制器的实际控制时钟延时及S4中Alice端相位调制器的实际控制时钟延时的基础上，调节Alice端和Bob端的相位加载模式，判断系统中的单光子是否全部分布在单光子探测器SPD0上，及单光子探测器SPD0上的探测值是否符合设定阈值，若是，完成补偿，系统开始运行，若否，则调节失败，返回S2。作为优选，所述S1中，通过公式计算出每个工作周期内系统中各个核心光学器件的控制时钟理论延时值，其中L表示光子从发射端到光子到达相应光学器件的路径的光纤长度，C为光速。作为优选，所述S2中，调节Alice端和Bob端的相位加载模式为：Bob端编码设为0相位，Alice端编码设为0相位的模式；所述S3中，调节Alice端和Bob端的相位加载模式为：Bob端编码设为π/2相位，Alice端编码设为0相位；所述S4中，调节Alice端和Bob端的相位加载模式包括两种，首先调节为：将Bob端编码设为0相位，Alice端编码设为π相位，然后调节为：将Bob端编码设为π/2相位，Alice端编码设为3π/2相位；所述S5中，调节Alice端和Bob端的相位加载模式为：Bob端编码设为π/2相位，Alice端编码设为π/2相位。作为优选，所述方法还包括：判断返回S2的次数，若是大于设定阈值N，则系统停止运行。作为优选，所述双路即插即用量子密钥分发系统在运行过程中，所述自适应光路补偿方法还包括：S6、根据单光子探测器SPD0和单光子探测器SPD1初始工作控制时钟延时分别创建单光子探测器SPD0和单光子探测器SPD1延时有效调节范围；S7、在S6确定的延时有效调节范围内，以单光子探测器SPD0/SPD1初始的工作控制时钟延为中心，选择一对或者多对控制时钟延时值；S8、在S7选择的控制时钟延时值下，单光子探测器SPD0/SPD1进行多次测量并获得单光子探测器SPD0/SPD1在每个控制时钟延时值下的平均值；S9、选择平均值最大对应的控制时钟延时作为单光子探测器SPD0/SPD1新的初始工作控制时钟延时；S10、转入S6，直到系统停止运行。作为优选，所述S7中，以单光子探测器SPD0/SPD1初始的工作控制时钟延为中心，对称选择一对或者多对控制时钟延时值。本专利技术的有益效果，本专利技术从启动和运行过程中来解决量子密钥分发系统中光学器件容易受到外界环境的影响而导致系统不能长时间高效稳定运行的问题，本专利技术能够使量子密钥分发系统能够在每次开机运行前核心光学器件的工作参数处于较好的状态，并且能够维持系统长时间处于一种高效工作的状态，以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双路即插即用量子密钥分发系统的自适应光路补偿方法，其特征在于，双路即插即用量子密钥分发系统在启动过程中，所述自适应光路补偿方法包括：/nS1、根据系统光路参数计算出每个工作周期内系统中各个核心光学器件的控制时钟延时理论值；单光子探测器SPD0和SPD1分别在量子密钥分发系统中的两路光脉冲P1和P2的相位差为π的偶数倍、奇数倍时探测到达Bob端的光子；/nS2、根据单光子探测器SPD0的探测值大小和S1中计算出的单光子探测器SPD0的控制时钟延时理论值，以该理论值为中心设置单光子探测器SPD0的控制时钟延时调节区间，调节Alice端和Bob端的相位加载模式，使光子到达Bob端时全部分布在单光子探测器SPD0上，在所述单光子探测器SPD0的控制时钟延时调节区间内对单光子探测器SPD0的控制时钟延时进行调节，获取单光子探测器SPD0的探测值最大值对应的控制时钟延时作为单光子探测器SPD0初始工作控制时钟延时，结合单光子探测器SPD0与单光子探测器SPD1工作控制时钟延时的固定差值，确定单光子探测器SPD1初始工作控制时钟延时，验证单光子在单光子探测器SPD0上的探测值是否符合设定的阈值，若是，转入S3，若否，则调节失败；/nS3、根据S1中计算出的Bob端相位调制器控制时钟延时理论值，以该理论值为中心设置Bob端相位调制器的控制时钟延时调节区间，调节Alice端和Bob端的相位加载模式，在所述相位调制器的控制时钟延时调节区间内调节Bob端相位调制器的延时，使得光子均匀分布在单光子探测器SPD0和单光子探测器SPD1上，将此时的Bob端相位调制器的延时作为Bob端相位调制器的实际控制时钟延时，验证单光子在单光子探测器SPD0和单光子探测器SPD1上的探测值是否符合设定的阈值，若是，转入S4，若否，则调节失败，返回S2；/nS4、根据S1中计算出的Alice端相位调制器控制时钟延时理论值，以该理论值为中心设置Alice端相位调制器的控制时钟延时调节区间，调节Alice端和Bob端的相位加载模式，在所述Alice端相位调制器的控制时钟延时调节区间内调节Bob端相位调制器的延时，使得全部分布在单光子探测器SPD1上，将此时的Alice端相位调制器的延时作为Alice端相位调制器的实际控制时钟延时，验证单光子在单光子探测器SPD0和单光子探测器SPD1上的探测值是否符合设定的阈值，若是，转入S5，若否，则调节失败，返回S2；/nS5、在S2中单光子探测器SPD0初始工作控制时钟延时及单光子探测器SPD1初始工作控制时钟延时、S3中Bob端相位调制器的实际控制时钟延时及S4中Alice端相位调制器的实际控制时钟延时的基础上，调节Alice端和Bob端的相位加载模式，判断系统中的单光子是否全部分布在单光子探测器SPD0上，及单光子探测器SPD0上的探测值是否符合设定阈值，若是，完成补偿，系统开始运行，若否，则调节失败，返回S2。/n...

【技术特征摘要】
1.一种双路即插即用量子密钥分发系统的自适应光路补偿方法，其特征在于，双路即插即用量子密钥分发系统在启动过程中，所述自适应光路补偿方法包括：
S1、根据系统光路参数计算出每个工作周期内系统中各个核心光学器件的控制时钟延时理论值；单光子探测器SPD0和SPD1分别在量子密钥分发系统中的两路光脉冲P1和P2的相位差为π的偶数倍、奇数倍时探测到达Bob端的光子；
S2、根据单光子探测器SPD0的探测值大小和S1中计算出的单光子探测器SPD0的控制时钟延时理论值，以该理论值为中心设置单光子探测器SPD0的控制时钟延时调节区间，调节Alice端和Bob端的相位加载模式，使光子到达Bob端时全部分布在单光子探测器SPD0上，在所述单光子探测器SPD0的控制时钟延时调节区间内对单光子探测器SPD0的控制时钟延时进行调节，获取单光子探测器SPD0的探测值最大值对应的控制时钟延时作为单光子探测器SPD0初始工作控制时钟延时，结合单光子探测器SPD0与单光子探测器SPD1工作控制时钟延时的固定差值，确定单光子探测器SPD1初始工作控制时钟延时，验证单光子在单光子探测器SPD0上的探测值是否符合设定的阈值，若是，转入S3，若否，则调节失败；
S3、根据S1中计算出的Bob端相位调制器控制时钟延时理论值，以该理论值为中心设置Bob端相位调制器的控制时钟延时调节区间，调节Alice端和Bob端的相位加载模式，在所述相位调制器的控制时钟延时调节区间内调节Bob端相位调制器的延时，使得光子均匀分布在单光子探测器SPD0和单光子探测器SPD1上，将此时的Bob端相位调制器的延时作为Bob端相位调制器的实际控制时钟延时，验证单光子在单光子探测器SPD0和单光子探测器SPD1上的探测值是否符合设定的阈值，若是，转入S4，若否，则调节失败，返回S2；
S4、根据S1中计算出的Alice端相位调制器控制时钟延时理论值，以该理论值为中心设置Alice端相位调制器的控制时钟延时调节区间，调节Alice端和Bob端的相位加载模式，在所述Alice端相位调制器的控制时钟延时调节区间内调节Bob端相位调制器的延时，使得全部分布在单光子探测器SPD1上，将此时的Alice端相位调制器的延时作为Alice端相位调制器的实际控制时钟延时，验证单光子在单光子探测器SPD0和单光子探测器SPD1上的探测值是否符合设定的阈值，若是，转入S5，若否，则调节失败，返回S2；
S5、在S2中单光子探测器SPD0初始工作控制时钟延时及单光子探测器SPD1初始工作控制时钟延时、S3中Bob端相位调制器的实际控制时钟延时及S4中Alice端相位调制器的实际控制时钟延时的基础上，调节Alice端和Bob端的相位加载...

【专利技术属性】
技术研发人员：李琼，王亚星，颜秉泽，薛晓峰，席渊，毛昊坤，刘兆庆，韩琦，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙;23