本发明专利技术公开一种连续变量量子密钥分发系统及其同步实现方法，连续量子密钥分发系统由光路部分和电路控制部分组成，路部分主要由激光器、衰减器、分束器、偏振控制器、幅度控制器、相位控制器、耦合器等组成。控制部分是发送端控制器模块，由真随机密钥产生器、模拟电压输出、触发时钟输出组成。同步方法包括位同步和帧同步两个阶段。本发明专利技术提出了一种全新的基于连续变量量子在光纤中特性的同步实现方案，推进了连续变量量子密钥分发系统的实用化，同时有效的克服了在光通信过程中连续变量量子受到环境的影响对同步实现的干扰。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种光纤通信
的技术，具体地说，涉及的是一种。
技术介绍
1999年Ralph首先从实验角度提出了利用连续变量进行量子密钥分发的概念并分析其安全性，连续变量量子密钥分配迅速得到发展，各种方案相继被提出。M. Hillery在2000年从理论的角度上提出了基于压缩态的量子密钥分配方案。2001年，D. Gottesman和加州理工大学的J. Preskill采用连续变量纠错码的概念证明了他们提出的基于压缩·态的量子密钥分配方案的安全性，这是第一次证明了连续变量量子密钥分配的安全性。法国科学家N. J. Cerf提出了一种改进的方案，实现了全连续态的量子密钥分配，这也是第一个真正意义上的连续变量量子密钥分配方案。N. J. Cerf的方案极大提高的密钥传输的速率，但是其实验方案实现难度却非常大。2003年，F. Grosshans提出了基于相干态高斯调制的连续变量量子密钥分发方案，这种不涉及光场的任何非经典性质的QKD方案具有极大的意义，由于它的实现非常容易，该方案引起了学术界的极大关注。在该方案中，量子态的检测采用的是零差检测，不需要单光子探测器。实验表明，在无损耗的量子信道上，密钥传输速率为I. 7M/s ;当信道损耗为3. IdB时，密钥传输速率为75k/s。该实验采用的量子信号为平均光子数为250个的相干光脉冲。由于相干光制备比较容易，所以该实验方案的可重复性较高，也是目前各个研究机构重视和采用最多的一种方案。基于相干态高斯调制的连续变量量子密钥分发方案的安全性证明相继被提出。经过各国科学家的不断努力，研究人员逐渐掌握了连续量子密钥分发实验方案所需要的核心技术，主要包括以下几个方面I、连续变量量子信号发生器目前连续变量量子信号发生器主要分三类相干激光脉冲源、压缩态光量子、纠缠光量子。现在国际上主流都采用衰减后的微弱相干激光脉冲作为连续变量量子信号，这是因为相干激光脉冲源技术已经成熟、相干光制备比较容易实现。2、连续变量量子信号的检测技术连续变量量子信号检测采用相干检测，检测装置为一对光电二极管，通过差分电路降低检测器噪声与本振光抖动，得到较高的灵敏度。这种检测方式的最大优点是可以在常温下工作，并且量子效率比单光子检测器的效率要高得多，在1550nm电信光纤通信窗口波长上可以达到50%以上。3、连续变量量子密钥分发系统流程设计连续变量量子信号的产生是相干激光脉冲经过衰减后得到连续变量量子信号，基本上在I个相干光脉冲内，光子数小于250个。由于相干光脉冲衰减到了量子级别，在光通信过程中，特别容易受到环境的影响，比如温度、湿度、声音等。这些环境因素造成的影响主要体现在对光脉冲相位扰动上，从通信的角度看，这些影响使得误码率大大的增加。然而，传统的强光通信中，这些问题对光通信系统的影响基本上可以忽略不计。这也使得传统的光通信方面的一系列协议、流程设计在连续变量量子密钥分发系统中并不实用。从通信层面上来看，一个系统需要通信，必须先实现系统之间的载波同步、位同步(码元同步)、帧同步(群同步)，在连续变量量子密钥分发系统中，同步问题也是必须先实现的问题。量子变量量子密钥分发研究是一个结合密码学、光纤通信、量子光学、和网络通信等多个学科的前沿课题。目前这个方面的技术正受到国际学术界的关注，并且开始应用于现实生活中。经检索发现，中国专利技术专利申请号201010108798. 3，公开号为101800636A，该发 明专利提供一种用于量子密钥分发的同步装置及同步方法，其中“一种用于量子密钥分发的同步装置，其特征在于用于同步信号产生和编码的同步信号编码模块信号输出端与用以产生同步激光的同步激光发射模块信号输入端连接；所述同步激光发射模块的信号输出端通过光纤与用于光电转换的光探测器和用于甄别的比较器电路模块信号输入端连接；光探测器和比较器电路模块的信号输出端分别与用于产生门控信号并且可调延时的可调延时电路模块和使用一个帧计数器进行计数，对同步信息进行编码的同步检出和编码模块的信号输入端连接。”“用于量子密钥分发同步装置的同步方法，其特征在于包括以下步骤(I)使用同步信号编码模块对信号进行编码，产生同步光激光器的驱动信号；(2)所述驱动信号进入同步光激光发射模块，进行电平转换，对信号整形，并将同步激光发射；(3)发射的同步光和信号光耦合到同一根光纤中，从发送方传送到接收方；(4)在接收方，使用同步光探测和甄别模块中的光电二极管完成同步光的接收和光电转换，并使用高性能比较器完成信号的甄别；(5)使用独立可调延时电路，对步骤(4)采集到的信号进行延时，作为门控信号输给单光子探测器；(6)对步骤(4)采集到的信号进行同步检出，并结合单光子探测器得到的信号计数进行编码。”但是上述的同步装置及同步方法不能适用于连续变量量子密钥分发。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对连续变量量子密钥分发系统同步方案的空白，提出了一种，推进了连续变量量子密钥分发系统的实用化，同时有效的克服了在光通信过程中连续变量量子受到环境的影响对同步实现的干扰。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下本专利技术所述的连续变量量子密钥分发系统，由光路部分和电路控制部分构成，其中所述光路部分主要由激光器、衰减器、分束器、偏振控制器、幅度控制器、相位控制器和耦合器组成，激光器产生激光，激光出来后经过衰减器，衰减后的激光被分束器分成2束，I束经过偏振控制器、幅度控制器、相位控制器，然后与另外I束在耦合器相遇并耦合成I束激光；所述电路控制部分主要由真随机密钥产生器、模拟电压输出控制电路和触发时钟电路组成，真随机密钥产生器产生密钥，然后由模拟电压输出控制电路传递给光路器件，触发时钟电路是単独用来触发激光器的；发送端，触发时钟信号产生触发电平来触发激光器发出激光脉冲，激光脉冲经过衰减器后大幅度衰减成准单光子信号；准单光子信号经过1:99的分束器分成2束信号，I束信号作为信息信号经过偏振控制器来调整光子的偏振，然后通过幅度控制器、相位控制器。幅度控制器和相位控制器把真随机密钥调制到光子载体上，然后与另外I束光在耦合器里面耦合成I束光传送至光纤里面。接收端，光纤中的信号通过动态偏振控制器调整偏振，然后通过偏振分束器分成2束，I束经过相位调制器和偏振调制器进行失真补偿；最后这I束激光与另I束一起进入分束器进行相干检测。本专利技术所述的连续变量量子密钥分发系统同步实现方法，包括位同步和帧同步两个阶段，所述位同步阶段是为了能从弱光光脉冲中准确的提取出调制信息；所述帧同步阶段在位同步基础上，准确的找出信号中一个字符、一个帧的开始时刻。 I、位同步阶段位同步阶段连续变量量子信号检测采用相干检测，检测装置输出的是ー个ー个的弱光脉冲，然后通过A/D采样，在采样序列中提取出调制信息，也就是弱光脉冲上调制的密钥信息。位同步方案要得到连续变量密钥，需从相干检测器输出信号中采样，并且提取出调制的那I个信息，光脉冲中调制信息最准确的体现是在光脉冲的峰值上，所以需要提取每ー个脉冲的峰值。2、帧同步阶段帧同步阶段帧同步第一个阶段是找到第一个字符的开始时刻，第二个阶段是在第一个阶段上，准备找到每ー个帧头的开始时刻。找字符开始时刻，由于相干光脉冲衰减到了量子级别，特别容易受到环境的影响，造成強烈的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种连续变量量子密钥分发系统，由光路部分和电路控制部分构成，其特征在于 所述光路部分主要由激光器、衰减器、分束器、偏振控制器、幅度控制器、相位控制器和耦合器组成，激光器产生激光，激光出来后经过衰减器，衰减后的激光被分束器分成2束，I束经过偏振控制器、幅度控制器、相位控制器，然后与另外I束在耦合器相遇并耦合成I束激光； 所述电路控制部分主要由真随机密钥产生器、模拟电压输出控制电路和触发时钟电路组成，真随机密钥产生器产生密钥，然后由模拟电压输出控制电路传递给光路器件，触发时钟电路是单独用来触发激光器的； 发送端触发时钟信号产生触发电平来触发激光器发出激光脉冲，激光脉冲经过衰减器后大幅度衰减成准单光子信号，准单光子信号经过I 99的分束器分成2束信号，I束信号作为信息信号经过偏振控制器来调整光子的偏振，然后通过幅度控制器、相位控制器；幅度 控制器和相位控制器把真随机密钥调制到光子载体上，然后与另外I束光在耦合器里面耦合成I束光传送至光纤里面；其中真随机密钥是由真随机密钥产生器产生，真随机密钥通过模拟电压输出控制电路输出到振幅调制器和相位调制器上； 接收端光纤中的信号通过动态偏振控制器调整偏振，然后通过偏振分束器分成2束，I束经过相位调制器和偏振调制器进行失真补偿，然后与另I束一起进入分束器进行相干检测。2.根据权利要求I所述的连续变量量子密钥分发系统，其特征在于所述幅度控制器、相位控制器调制范围决定字符同步帧和标志帧。3.—种权利要求I所述的连续变量量子密钥分发系统同步实现方法，其特征在于包括步骤如下 (1)、连续变量量子密钥分发端依据偏振控制器、幅度控制器的调节范围，发送字符同步序列帧； (2)、连续变量量子密钥接收端从相干检测器输出信号中采样，并且提取每一个脉冲的峰值，进行位同步； (3)、在位同步成功的基础上，连续变量量子密钥接收端根据噪声涨落水平，选择交替数据判决门限，开始找字符开始时刻；对发送端发来的同步序列帧进行判断，如果位同步没有成功，继续执行步骤(2)； (4)、若找到字符开始时刻，接收端向发送端发送字符同步帧成功信号，并且开始检测标志帧，接收端接收到信号后，停止发送字符同步帧，转而发送标志帧，然后进去步骤(5)；若没有找到字符开始时刻，继续执行步骤(3)； (5)、若检测到标志帧，则连续变量量子密钥分发系统同步成功，通信开始；若没有检测到标志帧，则通信失败，重步骤(I)重新开始。4.根据权利要求3所述的连续变量量子密钥分发系统同步实现方法，其特征在于所述发送端中分发密钥端调制器件调制范围-V1 +V1，设计字符同步帧来进行寻找到字符准确的开始时刻，字符同步帧结构取N1个点作为第一节，前N2个点设计为-V+V1的交替数据，后(N1-N2)个点的数据取为O，N1大于N2,第二节至第十节，每一节取N1个点，并且每个点的数据都为O，这十节数据组成一个字符同步帧，即字符同步帧(-V1, +V1, -V1, +V1,……-V” +V17...
【专利技术属性】
技术研发人员：申泽源，肖俊俊，何广强，曾贵华，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：
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