[發明專利]一種適用于復雜信道環境的量子密鑰分發系統及控制方法

在審

• 申請號: 201711278003.1
• 申請日: 2017-12-06
• 公開（公告）號: CN108092767A
• 公開（公告）日: 2018-05-29
• 發明（設計）人: 王繼業;李國春;葉志遠;湯億則;張彩友;王紅凱;歐青海;王磊;李云;秦浩;曹燦;蒲強;陳顥;沙波;趙子巖;張忠浩
• 申請（專利權）人: 國家電網公司;安徽繼遠軟件有限公司;國網信息通信產業集團有限公司;國網電力信息通信有限公司;國網北京市電力公司;國網浙江省電力公司信息通信分公司
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08;H04B10/70;H04B10/61
• 代理公司: 合肥天明專利事務所(普通合伙) 34115
• 代理人: 金凱

本發明公開了一種適用于復雜信道環境的量子密鑰分發系統及控制方法，包括：設置在架空光纖兩端的量子密鑰分發系統發送端和量子密鑰分發系統接收端；量子密鑰分發系統發送端包括QKD發射端、偏振反饋信號發射端以及時分復用裝置；量子密鑰分發系統接收端包括QKD接收端和偏振反饋信號接收端；QKD發射端、偏振反饋信號發射端的發射端分別于時分復用裝置的接收端連接，時分復用裝置的發射端與偏振反饋信號接收端通過光纖信道連接，偏振反饋信號接收端的發射端與QKD接收端的接收端連接。本發明通過在量子密鑰分發系統發送端中增加時分復用裝置，在需要偏振反饋時通過時分復用方式傳輸信號光與參考光，可以防止參考光和信號光之間的相互干擾。

技術領域

本發明涉及量子通信技術領域，特別涉及一種適用于復雜信道環境的量子密鑰分發系統及控制方法。

背景技術

量子通信以其高效安全的信息傳輸日益受到人們的關注，量子通信利用量子態的不確定性、不可分割性和偏振性來實現無條件安全通信。在電力通信網絡中使用量子保密通信技術可以確保電力通信系統的信息安全。目前，在電力通信網絡中，使用量子技術進行通信的雙方都是使用光纖信道來傳輸密鑰，而在電力系統中為了充分利用電網已有的基礎設施，通常將光纖采用架空的方式進行鋪設。

但是在架空的光纖中傳輸OKD信號時，由于光纖收到大風、雨雪等外界環境的干擾，使得架空光纖中的光偏振發生劇烈的變化，從而對利用單光子偏振態來傳輸密鑰信息的量子密鑰分發系統造成很大影響，甚至造成通信癱瘓。

針對上述問題，目前普遍采用的解決方案如圖1所示：在偏振反饋系統中采用光環行器這個裝置,偏振反饋發射端發送的反饋參考光(以下簡稱參考光)和原來的光量子信號(以下簡稱信號光)的傳輸方向相反,并且參考光和信號光的波長相同。

目前的這種解決方案存在的弊端在于：一是，相同波長的信號光和參考光雖然傳輸方向相反，但這不能保證信號光和參考光之間互不影響，當參考光的光子在光纖中遇到信號光的光子發生碰撞或者干擾時，很可能會影響光子的偏振態，系統自身反而引入了誤差。

二是，由于參考光和信號光的傳輸方向相反，依據參考光的偏振變化利用偏振控制器對光纖做相應擠壓以改變參考光光子的偏振態，不能說明光纖的形變對信號光具有同樣的改變偏振態的作用。

還有某些解決方案是利用波分復用的方式在同一跟光纖信道中傳輸和信號光不同波長的參考光以用作偏振反饋。這種解決方案存在的弊端在于：目前電力架空線纜中使用的光纖是單模光纖，不支持同時傳輸多種波長的光信號。

發明內容

本發明的目的在于提供一種適用于復雜信道環境的量子密鑰分發系統及控制方法，以適用電力架空線纜復雜的信道環境。

為實現以上目的，第一方面，本發明提供一種適用于復雜信道環境的量子密鑰分發系統，包括：設置在架空光纖兩端的量子密鑰分發系統發送端和量子密鑰分發系統接收端；

量子密鑰分發系統發送端包括QKD發射端、偏振反饋信號發射端以及時分復用裝置；

量子密鑰分發系統接收端包括QKD接收端和偏振反饋信號接收端；

QKD發射端、偏振反饋信號發射端的發射端分別于時分復用裝置的接收端連接，時分復用裝置的發射端與偏振反饋信號接收端通過光纖信道連接，偏振反饋信號接收端的發射端與QKD接收端的接收端連接。

其中，所述的偏振反饋信號發射端包括激光器和起偏器，激光器的輸出端與起偏器的接收端連接，起偏器的輸出端與時分復用裝置的接收端連接。

其中，所述的偏振反饋信號接收端包括偏振控制器、解時分復用器、光分束器、偏振分束器以及單光子計數器；

偏振控制器的接收端與時分復用裝置的發射端連接、輸出端解時分復用裝置的接收端連接；