一种应用于MDI-QKD的本地主动相位补偿方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种应用于MDI

【技术实现步骤摘要】
一种应用于MDI
‑
QKD的本地主动相位补偿方法和系统


[0001]本专利技术涉及量子保密通信
，更具体地说，涉及一种应用于MDI
‑
QKD的本地主动相位补偿方法和系统。

技术介绍

[0002]量子密码通信是一种在物理法则层面上被证明了能够实现绝对信息安全的通信方法，其中量子密钥分发是量子密码通信研究的基础，测量设备无关量子密钥分发协议(MDI
‑
QKD)及其一些变体协议(如双场协议(TF
‑
QKD))，由于具有较好的距离－成码率性能表现，是最有望进行实际应用的量子密钥分发协议，但实际的量子密钥分发系统往往因各种因素产生相位漂移，最终影响通信的安全性和稳定性。
[0003]现有技术的缺点和问题：现有的本地主动相位补偿方法已广泛使用强光参考、光开关切换和FPGA接收单光子探测器(SPD)光子计数进行反馈控制相结合的办法，使Alice(简称A)和Bob(简称B)无须通过经典信道交换信息来确定电光相位调制器的临时工作点，从而避免了来自Eve的窃听，提高了通信的安全性，但是上述方法使用的光开关是将信号光和补偿光从路径上分开来进行补偿，即光束在补偿阶段进入补偿光路，在QKD阶段进入信道，补偿效率受到切换速率的影响，因此会降低系统整体的运行速率；另一方面，SPD反馈光子计数给FPGA处理的过程时间较长，逻辑较为复杂，SPD的使用意味着这种方案的成本偏高，采用光电探测器的本地主动相位补偿方案也被用于QKD协议中，但是采用在无中继QKD协议中因而通信距离受限，而且对于使用了光电探测器的控制模块的物理组成结构和有关电路参数的设定并未有详细的设计，MDI
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QKD协议能将QKD通信距离拓展至原来的两倍，特别是对于离散变量的时间相位编码的MDI
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QKD协议的本地主动相位补偿仍然存在技术空白。
[0004]因此，针对上述问题提出一种一种应用于MDI
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QKD的本地主动相位补偿方法和系统。

技术实现思路

[0005]1.要解决的技术问题
[0006]针对现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供针对离散变量的测量设备无关量子密钥分发协议的本地主动相位补偿方法和系统，采用光纤延时叠加环与法拉第干涉环相结合的方法，利用光纤延时叠加环拆分参考光和信号光，利用法拉第干涉环和控制模块完成本地主动相位补偿工作，通过控制模块的组成结构和电路重要参数的确定方法，使得光开关的作用不再是切换补偿光路和信道，从而使得补偿效率得到提升，补偿阶段在整段通信周期中的占比更低，使得该方案补偿方法的精度高、速度快、FPGA的逻辑处理相对简单、应用起来更加简单。
[0007]2.技术方案
[0008]为解决上述问题，本专利技术采用如下的技术方案。
[0009]一种应用于MDI
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QKD的本地主动相位补偿方法和系统，所述一种应用于MDI
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QKD的本地主动相位补偿方法包括以下步骤：
[0010]S1：从光源发出的光首先经过光纤延迟叠加环结构，从光源发出的光经过第一光分束耦合器或第四光分束耦合器会分成一路参考光和一路信号光，它们分别接受强度调制器调制，随后在第二光分束耦合器或第五光分束耦合器处进行合束；
[0011]S2：在第二光分束耦合器或第五光分束耦合器合束的光经过光环形器，随后由第三光分束耦合器或第六光分束耦合器的第一入射臂入射并被分成强度均匀的两束光后从第三光分束耦合器或第六光分束耦合器的两条出射臂出射，一束光经过第一相位调制器或第二相位调制器调制后被第一法拉第镜或第三法拉第镜反射，一束光经过第一光纤衰减器或第二光纤衰减器后被第二法拉第镜或第四法拉第镜反射。
[0012]S3：两束反射光在第三分束耦合器或第六分束耦合器处形成干涉，干涉后的光从第三分束耦合器或第六分束耦合器的两条入射臂出射。从第一入射臂出射的光的干涉结果会被第一光电探测器或第二光电探测器接收；
[0013]S4：从法拉第干涉环出射的光经过第一光开关和第二光开关，光开关阻挡补偿光通过，第一光开关和第二光开关的控制波形分别与第二强度调制器和第四强度调制器相反；
[0014]S5：从第一光开关和第二光开关通过的信号光经过第一台式光衰减器或第二台式光衰减器衰减后在信道中传输，Alice和Bob的信号光在Charlie处产生多光子干涉并宣布测量结果；
[0015]S6：Alice和Bob筛选原始密钥，进行误差检测和保密增强等后处理步骤。
[0016]进一步的，所述本地主动相位补偿方法专用于离散变量的时间相位编码的测量设备无关量子密钥分发协议，采用了光纤延迟叠加环与法拉第干涉环相结合的方法，光纤延时叠加环在时域上分离参考光和信号光。
[0017]进一步的，所述S4中第二强度调制器的控制信号和第四强度调制器的控制信号的决定方法是：测量双方法拉第干涉环应用被动补偿措施的条件下，在QKD阶段，控制模块持续输出第一临时工作点电压时，光电探测器所接收光强能稳定的最长时间加稳定时间和扫描时间，记为t，则控制信号的频率为f＝1/t；控制信号是脉冲信号，由信号发生器发出，脉冲信号的脉宽应大于稳定阶段时间加扫描阶段时间，当脉冲到来时，控制模块开始进行稳定重置和扫描的工作。
[0018]进一步的，所述S5和S6中，Alice和Bob的光路和补偿结构采用对称式设计，是针对各自相位调制器工作点漂移的补偿，方案应用在MDI
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QKD中，双方的无须通过额外信道交换补偿信息。
[0019]进一步的，一种应用于MDI
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QKD的本地主动相位补偿系统，包括光纤相连接的A端本地主动相位补偿系统，B端本地主动相位补偿系统和C端多光子干涉测量系统，所述A端本地主动相位补偿系统包括第一连续光光源模块、第一环形器模块、第一分束器模块、第一电光强度调制器模块、第一电光相位调制器模块、第一法拉第镜模块、第一光纤衰减器模块、第一台式光衰减器模块和第一控制模块。
[0020]进一步的，所述B端本地主动相位补偿系统包括第二连续光光源模块、第二环形器模块、第二分束器模块、第二电光强度调制器模块、第二电光相位调制器模块、第二法拉第
镜模块、第二光纤衰减器模块、第二台式光衰减器模块和第二控制模块，所述C端多光子干涉测量系统包括第三分束器模块、第三偏振控制器模块和第三单光子探测器模块。
[0021]进一步的，所述第一控制模块包括第一信号放大器、第一模数转换模块、第一FPGA开发板、第一数模转换模块、第二信号放大器。
[0022]进一步的，所述第二控制模块包括第三信号放大器、第二模数转换模块、第二FPGA开发板、第二数模转换模块、第四信号放大器。
[0023]进一步的，所述第一控制模块和第二控制模块中的第一信号放大器和第三信号放大器的放大倍数的确定方法是：若补偿时间为T，设频率F＝1/T，向第一信号放大器和第三信号放大器输入一个频率大于等本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于MDI
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QKD的本地主动相位补偿方法，其特征在于：所述一种应用于MDI
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QKD的本地主动相位补偿方法包括以下步骤：S1：从光源发出的光首先经过光纤延迟叠加环结构，从光源发出的光经过第一光分束耦合器或第四光分束耦合器会分成一路参考光和一路信号光，它们分别接受强度调制器调制，随后在第二光分束耦合器或第五光分束耦合器处进行合束；S2：在第二光分束耦合器或第五光分束耦合器合束的光经过光环形器，随后由第三光分束耦合器或第六光分束耦合器的第一入射臂入射并被分成强度均匀的两束光后从第三光分束耦合器或第六光分束耦合器的两条出射臂出射，一束光经过第一相位调制器或第二相位调制器调制后被第一法拉第镜或第三法拉第镜反射，一束光经过第一光纤衰减器或第二光纤衰减器后被第二法拉第镜或第四法拉第镜反射。S3：两束反射光在第三分束耦合器或第六分束耦合器处形成干涉，干涉后的光从第三分束耦合器或第六分束耦合器的两条入射臂出射，从第一入射臂出射的光的干涉结果会被第一光电探测器或第二光电探测器接收；S4：从法拉第干涉环出射的光经过第一光开关和第二光开关，光开关阻挡补偿光通过，第一光开关和第二光开关的控制波形分别与第二强度调制器和第四强度调制器相反；S5：从第一光开关和第二光开关通过的信号光经过第一台式光衰减器或第二台式光衰减器衰减后在信道中传输，Alice和Bob的信号光在Charlie处产生多光子干涉并宣布测量结果；S6：Alice和Bob筛选原始密钥，进行误差检测和保密增强等后处理步骤。2.根据权利要求1所述的一种应用于MDI
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QKD的本地主动相位补偿方法，其特征在于：所述本地主动相位补偿方法专用于离散变量的时间相位编码的测量设备无关量子密钥分发协议，采用了光纤延迟叠加环与法拉第干涉环相结合的方法，光纤延时叠加环在时域上分离参考光和信号光。3.根据权利要求1所述的一种应用于MDI
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QKD的本地主动相位补偿方法，其特征在于：所述S4中第二强度调制器的控制信号和第四强度调制器的控制信号的决定方法是：测量双方法拉第干涉环应用被动补偿措施的条件下，在QKD阶段，控制模块持续输出第一临时工作点电压时，光电探测器所接收光强能稳定的最长时间加稳定时间和扫描时间，记为t，则控制信号的频率为f＝1/t；控制信号是脉冲信号，由信号发生器发出，脉冲信号的脉宽应大于稳定阶段时间加扫描阶段时间，当脉冲到来时，控制模块开始进行稳定重置和扫描的工作。4.根据权利要求1所述的一种应用于MDI
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QKD的本地主动相位补偿方法，其特征在于：所述S5和S6中，Alice和Bob的光路和补偿结构采用对称式设...

【专利技术属性】
技术研发人员：王金东，黎俊，赵惠青，赵天明，魏正军，於亚飞，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：