一种时分复用的高速QKD系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种时分复用的高速QKD系统及方法。QKD系统包括发送端，接收端，解时分复用装置，发送端包括第一激光器，其发出经典光与同步光并进行时分复用，发出时分复用光；量子密钥编码单元接收光信号进行量子密钥编码并以量子光的形式发出；第一波分复用单元接收所述时分复用光以及所述量子光，并进行波分复用，发出波分复用光。本发明专利技术可以有效降低经典光拉曼散射对量子光的影响，实现高速量子密钥分发，提高系统成码率，并且系统结构简单，实现成本低。

A time division multiplexing high speed QKD system and method

【技术实现步骤摘要】
一种时分复用的高速QKD系统及方法
本专利技术涉及量子保密通信
，特别地涉及一种时分复用的高速QKD系统及方法。
技术介绍
量子保密通信技术作为在量子力学、现代通信以及现代密码学等基础上发展出来的新兴技术，基于量子力学的基本原理，利用“一次一密”的方式对信息进行加密，具有不可破译的特性，拥有无可比拟的安全优势。量子密钥分发(QuantumKeyDistribution，QKD)技术是量子保密通信关键技术，目前所采用的基础协议是BB84协议，以及在BB84协议基础上发展而来的诱骗态BB84协议。现阶段对量子密钥分发技术的重点研究问题之一是如何利用现有的光纤通信网络实现量子密钥的分发。现有技术中，有一种利用了时分复用技术的量子密钥分发技术实现了利用现有的光纤通信网络进行量子密钥分发，图1A示出了现有技术的发送端的结构示意图，图1B示出了现有技术的信号时隙调制示意图，图2示出了现有技术的接收端的结构示意图。如图1A所示的现有技术方案中，激光器发出的波长为λ的光经分束器后分别输入三个不同的调制器，其中经调制器1调制并发出的是同步光，经调制器2调制并发出的是量子光，经调制器3调制并发出的是经典光，同步光、量子光、经典光波长均为λ，调制器1、调制器2和调制器3是按照图1B所示的时隙对同步光、量子光、经典光进行调制。由于经典光是强光，会产生较强的拉曼散射作用，拉曼散射噪声的波长是包含λ在内的多种波长，并且该噪声的衰减也需要一定的时间。因此现有技术中，在发射了经典光之后，在发射量子光之前，会有一个“清除期”，降低了系统的有效成码时间。如图2所示的现有技术接收端接收到发送端的光信号后，首先是经过解复用再经过分光才传输到不同的光探测器，这样的过程会对光强产生较大的衰减作用，因此需要发射端发出较强的光，而拉曼散射噪声与光强是成正相关的关系。因此在现有技术中就产生如下问题，一是需要多路调制器调节光信号使得现有技术实现方案复杂、成本较高，二是由于发送端需要发出较强的经典光，会产生较强的拉曼散射作用，为了减少拉曼散射噪声对量子光的影响从而需要一个较长的清除期，使得密钥发射频率低导致无法实现高速发射。
技术实现思路
针对现有技术中存在的技术问题，本专利技术提出一种时分复用的高速QKD系统的时分复用方法，包括：在第一激光器，将经典光与同步光时分复用，形成时分复用光，其中，所述同步光与所述经典光的波长相同；接收来自第一激光器的时分复用光；接收来自量子密钥编码单元的量子光，其中，所述量子光与所述时分复用光的波长不相同；以及在波分复用器，将所述时分复用光与所述量子光进行波分复用，形成波分复用光并发出。如上所述的方法，其中所述经典光为占空比小于等于30％，或者20％，或者10％的窄脉冲。如上所述的方法，其中所述同步光为占空比小于等于1％，或者1‰的窄脉冲。如上所述的方法，其中所述同步光的周期为T1，5us≤T1≤30us。如上所述的方法，其中所述量子光的周期为t，5ns≤t≤60ns。如上所述的方法，其中所述经典光的周期为T2，t≤T2≤T1。如上所述的方法，其中所述时分复用光满足如下公式：t≤ΔT≤T1/2；其中，t为量子光的周期；ΔT为所述同步光与相邻的所述经典光的时间差；T1为同步光的周期。本专利技术的另一个方面，提出了一种时分复用的高速QKD系统的发送端，包括：量子密钥编码单元，其经配置以接收光信号进行量子密钥编码形成量子光，所述量子光的周期t大于等于5ns且小于等于60ns；第一激光器，其经配置以发出波长相同的经典光与同步光，并对所述经典光与所述同步光进行时分复用，发出时分复用光，所述时分复用光与所述量子光波长不同，所述同步光的周期T1大于等于5us且小于等于30us，所述经典光周期T2大于等于量子光周期t且小于等于同步光周期T1；第一波分复用单元，其经配置以接收所述时分复用光以及所述量子光，并进行波分复用，发出波分复用光。如上所述的发送端，所述经典光为占空比小于等于30％，或者20％，或者10％的窄脉冲。如上所述的发送端，所述同步光为占空比小于等于1％，或者1‰的窄脉冲。如上所述的发送端，所述第一波分复用单元进一步为隔离度大于等于60dB的波分复用器。本专利技术的另一个方面，提出了一种时分复用的高速QKD系统的接收端，包括：第二波分复用单元，解时分复用装置，和量子密钥解码单元；所述第二波分复用单元，其经配置以接收发送端所发出的波分复用光并解复用，得到的时分复用光传输至所述解时分复用装置，得到的量子光传输至所述量子密钥解码单元；以及所述解时分复用装置，其经配置以接收所述时分复用光并进行探测，并将时分复用光转化为时分复用电信号，并将所述时分复用电信号经进一步处理得到同步电信号，经典电信号；所述量子密钥解码单元，其经配置以接收所述量子光并进行解码，得到量子密钥。如上所述的接收端，进一步可以包括：第二激光器，和第三光学传输单元；所述第二激光器，其经配置以发出经典光，所述经典光用以所述接收端与所述发送端之间建立经典通信；第三光学传输单元，包括三个光学接口，第一接口输入的光信号从第二接口输出，第二接口输入的光信号从第三接口输出，其经配置所述第一接口接收所述第二激光器发出的所述经典光并传输至所述第二波分复用单元，所述第二接口接收所述时分复用光并传输至所述解时分复用装置。如上所述的接收端，其中所述解时分复用装置，进一步包括：第二光探测单元，其经配置以接收所述时分复用光并进行探测，并将时分复用光转化为时分复用电信号；时钟分配单元，包括一路信号输入端口，两路或两路以上信号输出端口，其经配置以接收所述时分复用电信号经过分配后形成第一时分复用信号，第二时分复用信号，并输出；可编程单元，其经配置可以发出用于探测同步电信号的第一控制信号，用于探测经典电信号的第二控制信号；第一逻辑单元，包括两路或两路以上信号输入端口，一路信号输出端口，具有逻辑运算功能，其经配置以接收所述第一时分复用信号，所述第一控制信号，并经处理发出所述同步电信号；第二逻辑单元，包括两路或两路以上信号输入端口，一路信号输出端口，具有逻辑运算功能，其经配置以接收所述第二时分复用信号，所述第二控制信号，并经处理发出所述经典电信号。如上所述的接收端，所述第一时分复用电信号以及所述第二时分复用电信号的信号特征，与所述时分复用电信号的信号特征一致。本专利技术的另一个方面，提出了一种时分复用的高速QKD系统的解时分复用方法，包括：由所述第二光探测单元接收所述时分复用光并进行探测，将时分复用光转化为时分复用电信号；由所述时钟分配单元接收所述时分复用电信号并分配形成第一时分复用电信号，第二时分复用电信号；由所述可编程单元发出用于探测同步电信号的第一控制信号，用于探测经典电信号的第二控制信号；所述第一时分复用电信号与所述第一控制信号输入所述第一逻辑单元，进行处理后，输出同步电信号；所述第二时分复用电信号与所述第二控制信号输入所述第二逻辑单元，进行处理后，输出经典电信号。本专利技术的另一个方面，提出了一种时分复用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种时分复用的高速QKD系统的时分复用方法，包括：/n在第一激光器，将经典光与同步光时分复用，形成时分复用光，其中，所述同步光与所述经典光的波长相同；/n接收来自第一激光器的时分复用光；/n接收来自量子密钥编码单元的量子光，其中，所述量子光与所述时分复用光的波长不相同；以及/n在波分复用器，将所述时分复用光与所述量子光进行波分复用，形成波分复用光并发出。/n

【技术特征摘要】
1.一种时分复用的高速QKD系统的时分复用方法，包括：
在第一激光器，将经典光与同步光时分复用，形成时分复用光，其中，所述同步光与所述经典光的波长相同；
接收来自第一激光器的时分复用光；
接收来自量子密钥编码单元的量子光，其中，所述量子光与所述时分复用光的波长不相同；以及
在波分复用器，将所述时分复用光与所述量子光进行波分复用，形成波分复用光并发出。


2.根据权利要求1所述的方法，其中所述经典光为占空比小于等于30％，或者20％，或者10％的窄脉冲。


3.根据权利要求1所述的方法，其中所述同步光为占空比小于等于1％，或者1‰的窄脉冲。


4.根据权利要求1所述的方法，其中所述同步光的周期为T1，5us≤T1≤30us。


5.根据权利要求1所述的方法，其中所述量子光的周期为t，5ns≤t≤60ns。


6.根据权利要求1所述的方法，其中所述经典光的周期为T2，t≤T2≤T1。


7.根据权利要求1所述的方法，其中所述时分复用光满足如下公式：
t≤ΔT≤T1/2；
其中，t为量子光的周期；ΔT为所述同步光与相邻的所述经典光的时间差；T1为同步光的周期。


8.一种时分复用的高速QKD系统的发送端，包括：
量子密钥编码单元，其经配置以接收光信号进行量子密钥编码形成量子光，所述量子光的周期t大于等于5ns且小于等于60ns；
第一激光器，其经配置以发出波长相同的经典光与同步光，并对所述经典光与所述同步光进行时分复用，发出时分复用光，所述时分复用光与所述量子光波长不同，所述同步光的周期T1大于等于5us且小于等于30us，所述经典光周期T2大于等于量子光周期t且小于等于同步光周期T1；
第一波分复用单元，其经配置以接收所述时分复用光以及所述量子光，并进行波分复用，发出波分复用光。


9.根据权利要求8所述的发送端，所述经典光为占空比小于等于30％，或者20％，或者10％的窄脉冲。


10.根据权利要求8所述的发送端，所述同步光为占空比小于等于1％，或者1‰的窄脉冲。


11.根据权利要求8所述的发送端，所述第一波分复用单元进一步为隔离度大于等于60dB的波分复用器。


12.一种时分复用的高速QKD系统的接收端，包括：第二波分复用单元，解时分复用装置，和量子密钥解码单元；
所述第二波分复用单元，其经配置以接收所述波分复用光并解复用，得到的时分复用光传输至所述解时分复用装置，得到的量子光传输至所述量子密钥解码单元；以及
所述解时分复用装置，其经配置以接收所述时分复用光并进行探测，并将时分复用光转化为时分复用电信号，并将所述时分复用电信号经进一步处理得到同步电信号，经典电信号；
所述量子密钥解码单元，其经配置以接收所述量子光并进行解码，得到量子密钥。


13.根据权利要求12所述的接收端，进一步可以包括：第二激光器，和第三光学传输单元；
所述第二激光器，其经配置以发出经典光，所述经典光用以所述接收端与所述发送端之间建立经典通信；
第三光学传输单元，包括三个光学接口，第一接口输入...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈柳平，王其兵，万相奎，李杨，
申请(专利权)人：国开启科量子技术北京有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11