[發明專利]一種基于鎖頻技術的本地本振連續變量量子密鑰分發系統及方法

在審

• 申請號: 202210798817.2
• 申請日: 2022-07-06
• 公開（公告）號: CN115118418A
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發明（設計）人: 王翔宇;陳子揚;沈濤;喻松;郭弘
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08;H04B10/70
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于鎖頻技術的本地本振連續變量量子密鑰分發系統，包括Alice端、光纖鏈路以及Bob端，所述的Alice端發射光信號經過光纖鏈路并由Bob端接收，其特征在于：

所述Alice端包括第一連續激光源、第一保偏分束器、脈沖調制模塊、第一控制模塊、第二保偏分束器、量子調制模塊、延時模塊、功率衰減模塊以及偏振合束器；所述第一連續激光源的輸出端連接第一保偏分束器的輸入端，所述第一保偏分束器輸出端的一個端口連接脈沖調制模塊，另一端口輸入光纖鏈路，所述脈沖調制模塊與第二保偏分束器連接，輸出端的一個端口經過量子調制模塊，產生量子信號，另一個端口則經過延時模塊盒功率衰減模塊，產生參考信號，兩路信號經過偏振合束器耦合到一起發送至光纖鏈路；

所述光纖鏈路包括經典信道和量子信道2部分；

所述Bob端包括第二連續激光源、移頻模塊、第三保偏分束器、第一保偏合束器、第一功率放大模塊、第二控制模塊、第一探測模塊、功率衰減模塊、第二保偏合束器、偏振補償模塊、偏振分束器、第二功率放大模塊、第二探測模塊、平衡探測模塊和第三控制模塊；所述第一功率放大模塊用于經過經典信道的光信號，并與第一保偏合束器連接，所述第一保偏合束器的一個端口與功率衰減模塊、第一探測模塊相繼連接，所述第二連續激光源的輸出端與移頻模塊、第三保偏分束器相繼連接，所述第三保偏分束器的其中一個輸出端口與第一保偏合束器連接，另一端口與第二保偏合束器連接，所述偏振補償模塊用于補償經過量子信道的光信號的偏振，并與偏振分束器連接，分成同步信號與量子信號，其中量子信號與第二保偏合束器連接，參考信號與第二功率放大模塊、第二探測模塊相繼連接，所述第二保偏合束器的輸出端與平衡探測模塊連接。

2.根據權利要求1所述的一種基于鎖頻技術的本地本振連續變量量子密鑰分發系統，其特征在于，所述的脈沖調制模塊和量子調制模塊由第一控制模塊產生的電信號控制，其中量子調制模塊中的調制模式包括高斯調制和離散調制等相關連續變量的調制方式。

3.根據權利要求1所述的一種基于鎖頻技術的本地本振連續變量量子密鑰分發系統，其特征在于，所述的第二控制模塊接收從第一探測模塊得到的電信號并經過相關數據處理算法得到對應的反饋電信號，并作用于移頻模塊。

4.根據權利要求1所述的一種基于鎖頻技術的本地本振連續變量量子密鑰分發系統，其特征在于，所述的第二探測模塊將電信號發送至第三控制模塊，用于提取時鐘同步信號與數據同步信號，所述的平衡探測模塊將電信號發送至第三控制模塊用于提取安全碼率。

5.一種基于權利要求1—4所述的一種基于鎖頻技術的本地本振連續變量量子密鑰分發系統的方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：第一連續激光源發送一連續光經過第一保偏分束器和經典信道后，到達接收端，第二連續激光源發送一連續光經由移頻模塊和第三保偏分束器與另一束到達接收端并經過第一功率放大模塊放大的光在第一保偏分束器上發生干涉產生拍頻信號，頻率為fp，拍頻信號經由功率衰減模塊和第一探測模塊將衰減后的光信號轉換為電信號發送至第二控制模塊，第二控制模塊運用機器學習算法，根據一部分訓練數據(fp1,fp2,..fpn)來預測頻率漂移情況，并將預測數據反饋于移頻模塊，使兩地的激光器完成頻率鎖定,并且鎖定的頻率中心為fs；

步驟二：第一控制模塊分別產生脈沖調制信號和量子調制信號，其中，脈沖調制信號包含了時鐘同步信息和數據同步信息，脈沖調制完并經過第二保偏分束器分束分為同步信號與量子信號，參考信號經過延時模塊和功率衰減模塊衰減到較小的功率，量子調制信號包含了調制數據和參考數據，2者比例按照某一順序排列，量子信號與同步信號采用時分復用和偏振復用；

步驟三：用偏振補償模塊補償信號在量子信道中傳輸的偏振漂移，并由偏振分束器將量子信號與同步信號分開，同步信號經過第二功率放大模塊放大功率，第二探測模塊將放大后的光信號轉換為電信號傳至第三控制模塊用于提取時鐘同步信息和數據同步信息，量子信號與第二連續激光源經由第三保偏分束器分束的光干涉，并將干涉信號發送至平衡探測模塊，由第三控制模塊進行后處理的相位補償及安全碼率計算。