[發明專利]一種用于量子密鑰分配系統中自適應光纖長度的延時補償方法

在審

• 申請號: 201611254401.5
• 申請日: 2016-12-30
• 公開（公告）號: CN106788849A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 王宇;劉夢捷;胡濱;姜英杰;黃敦峰
• 申請（專利權）人: 北京信息科學技術研究院;安徽問天量子科技股份有限公司
• 主分類號: H04J3/06
• 分類號: H04J3/06;H04B10/70;H04B10/077
• 代理公司: 北京連城創新知識產權代理有限公司11254
• 代理人: 郝學江

技術領域

本發明屬于量子密鑰分配技術領域，具體涉及一種用于量子密鑰分配系統中自適應光纖長度的延時補償方法，用于測量并計算同步光和量子光的相對延時，并在發送端加入延時補償。

背景技術

量子密鑰分配系統中，會使用兩種不同波長的光，一種光強較強叫做同步光，用于給接收端單光子探測器開門；另一種是光強衰減到單光子水平的叫做量子光，用來傳遞量子信息。發送端在發送這兩種光時，會根據系統實際運行情況調整兩種光的相對延時，使二者相互間隔一段時間，避免同步光對量子光的干擾。其中量子光在發送端會經過一個F-M干涉環，產生兩個相關的量子光，光纖上實際傳輸信號如圖1所示。

在理想情況下發送端按照T1、T2、T3時間間隔發送數據，接收端也會接收到相同時間間隔的光子序列。但是，由于同步光和量子光的波長不一致，兩種光在光纖中的速度是不一樣的。導致同步光會比量子光超前，在量子密鑰分配系統中，如果光脈沖重復頻率不高且光纖信道長度較短時，同步光和量子光之間的相對位移與光脈沖的周期相比可以忽略不計，但是在超過100MHz重復頻率或光纖信道較長的量子密鑰分配系統中，兩者之間的位移與周期達到同一量級，同步光和量子光距離非常接近甚至交疊，此時量子光會受到較為嚴重的串擾，造成誤碼率上升甚至造成系統無法正常工作。因此，如何設計一種補償量子密鑰分配系統中同步光和量子光的相對延時的系統和方法成為本領域亟需解決的問題。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，設計并開發出一種用于量子密鑰分配系統中自適應光纖長度的延時補償裝置和方法，其中，根據不同的光纖信道長度，測量并計算同步光和量子光的相對延時，然后在發送端加入延時補償，使兩者到達接收端時的相對位置與理想情況一致，避免同步光對量子光產生串擾。解決在同一根光纖中不同波長光源傳輸速度不同造成的延時漂移問題。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：本發明提供了一種用于量子密鑰分配系統中自適應光纖長度的延時補償方法。根據本發明的實施例，實現該方法的裝置包括發送端、接收端以及位于兩者之間的單根光纖，所述發送端包括：處理器、定時器、經典光激光器、同步光激光器、量子光激光器、電控衰減器、波分復用器和經典光光探測器，其特征在于,所述方法包括以下步驟：

1) 光纖信道測距：

a)開啟發送端和接收端的定時器，

b)所述發送端利用經典光激光器發送一組光數據，在發送數據的同時，對發送端定時器進行采樣，記時間為T₁；

c) 接收端接收到這一組數據時，對接收端定時器進行采樣，記時間為T₂；

d）接收端對進入信號進行解析、封包，再回傳一組數據給發送端，并在發送的同時，對接收端定時器進行采樣，記時間為T₃；

e）發送端接收到回傳數據時，再次對發送端定時器進行采樣，記時間為T₄；

f）根據公式：，計算經典光在信道上的傳播時間：

g）根據公式：，計算該單根光纖信道的長度L，其中，C為光在真空的光速；

2)延時計算及補償：

h）根據色散系數公式，計算出1550nm波段范圍的色散系數M，其中，所述M₀為-0.095，λ₀是零色散波長，光纖中λ₀為1300nm；

i）根據公式，計算同步光和量子光在該光纖中的傳播時間的差值，其中所述λ₁為同步光波長，λ₂為量子光波長，

j）將同步光和量子光的傳播時間差，加載到同步光的通路，使得同步光與緊隨其后的量子光的間距補償結果為：T1’= T₁+ΔT，同步光與前一次的量子光的間距補償結果為：T3’= T₃-ΔT，其中，T1’和T3’分別為補償后的時間。

根據本發明的實施例，在所述測距之前，還包括經典光握手連接階段，其中,調節發送端電控衰減器的衰減，使得在發送最小的光功率的條件下，接收端誤碼率低于10^-6。

根據本發明的實施例，在所述延時計算及補償之后，還包括測試階段，通過查看此時系統誤碼率或測試接收端單光子探測器的暗計數，來測試補償的效果。

根據本發明的實施例，測試接收端單光子探測器的暗計數時，關掉量子光激光器，僅發送同步光，判斷計數是否與單光子探測器的暗計數相同。