[發明專利]光-電-光模式的MDI-QKD系統同步裝置及方法

有效

• 申請號: 201911240282.1
• 申請日: 2019-12-06
• 公開（公告）號: CN111010270B
• 公開（公告）日: 2021-08-06
• 發明（設計）人: 朱暢華;劉永平;張子健;權東曉;趙楠;何先燈;易云輝;陳南
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08;H04B10/70;H04J3/06
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 田文英;王品華

本發明提供了一種光?電?光模式的MDI?QKD系統同步裝置及方法，其裝置包括同步光脈沖生成模塊，第一個光電轉換模塊，編碼模塊，時延調節模塊，電光轉換模塊，第二個光電轉換模塊，探測模塊。方法包括：將同步光脈沖和信號光脈沖傳輸到Alice端和Bob端，并轉換成同步電脈沖，對信號光脈沖進行編碼，調節同步電脈沖時延，將同步電脈沖轉換成同步光脈沖并傳輸到探測模塊轉換成同步電脈沖，觸發單光子探測器以及采集卡工作。相比于其它QKD系統中產生同步電脈沖的方式，本發明降低了編碼復雜度高的問題，克服了現有技術中干涉不穩定的缺點，使得本發明具有了在QKD系統中傳輸性可靠、探測效率高的優點。

技術領域

本發明屬于電子技術領域，更進一步涉及量子通信技術領域中的一種光-電-光模式的測量設備無關的量子秘鑰分發MDI-QKD(measurement-device-independent quantumkey distribution)系統同步裝置及方法，本發明用于MDI-QKD系統中同步光和信號光的同步，保障單光子探測器的高探測率。

背景技術

QKD系統的一項關鍵技術是收發雙方的信息的同步，只有信號光和同步光同步，才能進行以后的密鑰提取。同時，為了減少誤碼率，要求盡量去除暗計數。為了保證單光子計數的準確性，需要將發送端的同步信號準確無誤的傳送到接收端，并且與單光子探測器的檢出信號保持同步。如果同步精度越高，則單光子計數器就越準確，能去除的暗計數也就越多，QKD系統的性能也就越好，所以一個QKD系統的關鍵是同步方法的設計。

安徽量子通信技術有限公司在其申請的專利文獻“一種QKD系統的同步裝置”(申請號：201310434795.2申請公開號：CN104468092 A)中公開了一種量子密鑰分發QKD系統同步裝置。該裝置包括發送同步光和信號光的發送裝置、光電轉換裝置、可調時延模塊、單光子探測器和數據采集模塊。該同步裝置實現了端對端的量子密鑰分發系統。該同步裝置中的低抖動倍頻裝置能夠實現同步光和信號光的頻率一致，減小了同步光對信號光的影響。但是該同步裝置存在不足之處是：該同步裝置和方法是基于BB84協議的兩端QKD系統，編碼方法和同步裝置太簡單，對于MDI-QKD系統，該同步裝置和方法不能保證Alice端的信號光脈沖和Bob端的信號光脈沖在探測端的干涉。

湯艷琳在其發表的論文“實際量子密鑰分發系統安全性的實驗研究”(中國科學技術大學博士學位論文2015年)中公開了一種同步光和信號光采用不同光纖的同步方法。該同步方法是基于MDI-QKD系統，其同步方法的步驟是，將同步光脈沖由探測端發送到Alice端和Bob端，Alice和Bob通過線性光電二極管探測同步光信號，將同步光信號轉為同步電脈沖，作為Alice端和Bob端編碼工作的觸發信號，雖然該同步方法不會造成信號光脈沖額外暗計數。但是該同步方法仍然存在的不足之處是：同步電脈沖在完成編碼工作之后，沒有再傳輸到探測端觸發單光子探測器和采集卡工作，也不能夠保證Alice端的同步光脈沖和Bob端的同步光脈沖在探測端實現穩定干涉，不能做到精準同步。

發明內容

本發明的目的在于針對上述已有技術的不足，提供一種光-電-光模式的MDI-QKD系統同步裝置及方法，通過在編碼后調節同步電脈沖的時延，以及將同步電脈沖轉換成同步光脈沖傳輸到探測端，實現Alice端的同步光脈沖和Bob端的同步光脈沖在探測端的穩定干涉。

為了實現上述目的，本發明的具體思路是，外部產生同步光脈沖，將同步光脈沖和信號光脈沖傳輸到編碼端，并在編碼端將同步光脈轉換成同步電脈沖，觸發編碼端的現場可編程門陣列FPGA實現對信號光脈沖的編碼，編碼完成之后，若Alice端的信號光脈沖和Bob端的信號光脈沖存在時延差，調節同步電脈沖時延，再將同步電脈沖轉換為同步光脈沖傳送到探測端，在探測端將同步光脈沖轉換成同步電脈沖觸發單光子探測器和采集卡工作。