[發明專利]高速連續變量量子密鑰分發系統及其位幀同步方法

有效

• 申請號: 201410301263.6
• 申請日: 2014-06-27
• 公開（公告）號: CN104065475B
• 公開（公告）日: 2017-09-08
• 發明（設計）人: 劉友明;汪超;黃瑞;黃鵬;馮曉毅;曾貴華
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08;H04L7/00
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司31236
• 代理人: 郭國中

1.一種高速連續變量量子密鑰分發系統，其特征在于，包括發送方和接收方，發送方包括第一控制部分和第一光路部分，接收方包括第二控制部分和第二光路部分，第一光路部分包括激光源、第一分束器、第一電光相位調制器、電光幅度調制器以及第一偏振耦合器，激光源在控制電路的作用下生成脈沖光，經第一分束器得到量子信號光和本振光，分光比為一的光路得到量子信號光，經第一電光相位調制器的調制和電光幅度調制器的調制進隨機數，通過第一偏振耦合器與本振光合成一路進入量子信道；第一控制部分包括第一真隨機數生成控制電路、第一模擬電壓輸出控制電路以及時鐘觸發電路，第一真隨機數生成控制電路生成真隨機數，通過第一模擬電壓輸出控制電路輸出到電光幅度調制器中制備高斯隨機數，時鐘觸發電路生成系統時鐘供系統使用；第二光路部分包括第二偏振耦合器、第二電光相位調制器、第二分束器以及平衡零差檢測器，來自于量子信道的光信號通過第二偏振耦合器得到量子光信號和本振光信號，然后在第二分束器中發生干涉，通過平衡零差檢測器得到量子信息；第二控制部分包括模擬電壓輸入控制電路、第二模擬電壓輸出控制電路以及第二真隨機數生成控制電路，模擬電壓輸入控制電路與平衡零差檢測器相連，用于接收數據信息；第二模擬電壓輸出控制電路驅動第二電光相位調制器，完成隨機選擇測量基的功能，第二真隨機數生成控制電路用于生成隨機選擇測量機所需的真隨機數。

2.一種高速連續變量量子密鑰分發系統的位幀同步方法，其特征在于，所述高速連續變量量子密鑰分發系統的位幀同步方法包括以下步驟：

步驟一，發送方生成一組特殊數據作為同步幀；

步驟二，發送方通過量子信道把相干態發送給接收方，同時，發送方通過經典信道把特殊數據的結構信息告知接收方；

步驟三，接收方使用平衡零差檢測器測量相干態的位移分量；

步驟四，根據步驟一從經典信道獲得的特殊數據的結構信息，接收方選定合適的交替電壓判定閾值和幀同步段判定閾值來判定同步幀；

步驟五，若在規定的時間里，接收方都沒有搜尋到同步幀，則同步失敗，此時接收方需要調整交替電壓判定閾值的取值和幀同步段判定閾值的取值，然后重新通信；

所述同步幀包括K個位同步段和一個幀同步段，K為正整數；

所述位同步段由N個電壓值為V_π與0的交替電壓緊跟N個電壓值從0到V_π的階梯電壓、相鄰兩個點的電壓差為V_π/(N-1)構成，幀同步段由2N個電壓值為V_π與0的交替電壓構成，其中N為正整數；

所述接收方通過先判定位同步段，然后再判定幀同步段，最后界定出有效通信數據實現同步；

所述接收方判定位同步段的條件為數據中出現N位電壓差值為ΔV的交替電壓緊跟N位階梯電壓，其中ΔV＞α×2|x|，2|x|為平衡零差檢測器檢測相位相差V_π的相干態的正則分量的最大差值，α為交替電壓判定閾值；

所述接收方判定幀同步段的條件為根據判定出位同步段后所生成的大小為2N的滑動窗口中出現交替電壓總次數n＞β*2N，β為幀同步段判定閾值；

所述高速連續變量量子密鑰分發系統的位幀同步方法根據位同步段重復次數K和位同步段中交替電壓的交替次數N，計算出在高速連續變量量子密鑰分發系統中通信雙方實現同步所需的實際時間t，實際時間的計算公式如下式：

t=2N(K+1)f]]>

其中，f為系統的重復頻率。