[發明專利]應用于量子密鑰分發系統的同步方法及裝置及分發系統

有效

• 申請號: 201611182332.1
• 申請日: 2016-12-20
• 公開（公告）號: CN108206716B
• 公開（公告）日: 2020-11-17
• 發明（設計）人: 姚海濤;湯艷琳;唐世彪;賈云
• 申請（專利權）人: 科大國盾量子技術股份有限公司
• 主分類號: H04B10/80
• 分類號: H04B10/80;H04J14/02;H04L7/00;H04L9/08
• 代理公司: 合肥市浩智運專利代理事務所(普通合伙) 34124
• 代理人: 丁瑞瑞

本發明提供一種應用于量子密鑰分發系統的同步方法，該量子密鑰分發方法使用的系統包括設置在系統發射端的激光器、光纖、設置在系統接收端的探測器，其中激光器除發射量子信號外，還發射一種波長與量子信號光相同，但強度較強的光(強光)；量子信號光和強光通過光纖中的一個信道傳送到系統接收端的探測器進行探測，系統兩端根據該強光信號完成同步，所述強光需要滿足經過傳輸鏈路的衰減后，強光仍然能被探測器探測到。本發明還提供了使用上述方法的同步裝置以及具有該同步裝置的密鑰分發系統。本發明的優點在于：降低了系統成本，并且解決了現有方案需要多占用一個信道(波長)的問題和實現效率低的問題。

技術領域

本發明涉及量子保密通信領域，特別是提供了一種適用于量子密鑰分發系統的同步方法及裝置及量子密鑰分發系統。

背景技術

量子密鑰分發(Quantum Key Distribution，QKD)與經典密鑰體系的根本不同在于其采用單個光子或糾纏光子對作為密鑰的載體，由量子力學的基本原理保證了該過程的不可竊聽、不可破譯性，從而提供了一種更為安全的密鑰體系。目前，利用糾纏光子對實現量子密鑰分發的技術距離產品化、實用化還有一定的距離，所以現有商用QKD系統多采用基于單光子實現的量子密鑰分發技術。

基于單光子實現的量子密鑰分發基本過程是：

1)發射端Alice隨機發送一串具有不同偏振態的光子；

2)接收端Bob隨機選用測量基矢進行接收，由于探測器的效率和路徑衰減問題，Bob不能探測到所有的光子信號，只能隨機的在一些位置上探測到光子；

3)Bob通知Alice他在探測到光子位置上使用的是哪一種基矢；

4)Alice比對自己發送使用的基矢和Bob測量使用的基矢，若兩者一致，則保留該位置上的信息，并且通知Bob哪些位置使用的基矢是正確的；

5)Bob同樣保留測量基矢正確位置上的信息；

6)這樣，Alice和Bob就共享了一串隨機的數據(基矢比對后的密鑰)，然后經過糾錯和保密增強等處理過程，最終完成在兩端分發一串安全密鑰。

由上述過程可以看出，在量子密鑰分發過程中，Alice和Bob需要進行基矢比對的過程，即比對Alice在某一個位置上發送光子所使用的基矢和Bob在探測這一位置的光子所使用的基矢是否一致。為了保證Alice和Bob在同一個位置上進行基矢比對，系統兩端的同步就顯得尤其重要。

現有QKD系統的同步方法一般采用單獨發射同步光的方案。同步光的波長不同于系統的量子信號光，然后通過波分復用(WDM)，和量子信號光耦合在一根光纖中傳輸到系統接收端Bob。在Bob端，首先使用波分復用器件將不同波長的光分開，再分別使用PIN管探測器和單光子探測器對同步光和量子信號光進行探測。例如現有申請號為201010108798.3的專利《一種用于量子密鑰分發的同步裝置及同步方法》即采用這種同步方法。如圖1所示。

現有使用不同于量子信號光波長的同步光進行同步的方案，同步光的頻率一般比量子信號光的頻率低很多，例如量子信號光發射頻率為40MHz，同步光頻率為100KHz。發射端以同步光作為參考，兩個同步光之間的量子信號光組成一幀并編號。接收端Bob可以連續接收到同步光脈沖，根據對同步光的編號即可確定探測到的量子信號屬于第幾幀。并且在發射端，量子信號光的光脈沖以固定的頻率連續發送，相鄰兩個光脈沖之間具有固定的時隙。所以Bob以接收到的同步光作為參考，測量某一探測到的量子信號光與其之間的距離，即可確定出該量子信號是幀中的第幾個，從而完成Alice與Bob之間的同步。如圖2所示。

使用獨立同步光的方案，需要使用額外的同步光激光器，首先增加了系統成本。另外同步光波長與量子信號光波長不同，傳輸過程中需要增加一個信道。因此若不使用同步光，僅使用量子信號光完成同步相對于現有使用同步光的方案會有明顯的進步與優勢。