[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

本發明涉及量子保密通信領域，公開了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，其中系統包括Alice端、光纖鏈路以及Bob端；首先，Alice端的第一連續激光源與Bob端的第二連續激光源通過鎖頻技術完成頻率鎖定，Alice隨后通過時分復用和偏振復用發送調制信號至Bob端，Bob端對接收到的信號進行偏振補償和偏振解復用后，從中提取同步信號以及調制信號的平衡探測結果，并進行后處理。本發明還公開了該系統的一種具體可行性方法，有效解決傳統本地本振系統中恢復數據相位效率低下，無法實時處理數據的問題，為本地本振系統的實用化提供了一種新的方案。

技術領域

本發明屬于量子保密通信領域，具體是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。

背景技術

隨著量子計算機的問世，傳統的經典加密遭受威脅。依據量子不可克隆 定理的量子保密通信技術-量子密鑰分發(QKD)技術由此誕生，QKD主要 分為離散變量量子密鑰分發(DV-QKD)和連續變量量子密鑰分發

(CV-QKD)，與DV-QKD相比，CV-QKD根據電磁場的正交分量來調制信 息，在接收端使用相干探測技術(平衡零差和外差探測)來解調信息，這種 調制解調方式與經典通信中類似，因此可以與現有的經典通信更好的融合， 而且不需要單光子源和單光子探測器等昂貴的設備，在短距離傳輸下甚至有 更高的安全碼率等優勢，在近些年來受到廣泛的研究和重視。

CV-QKD系統根據本振信號所處的位置在發射端還是接收端可分為隨 路本振系統和本地本振系統。大部分的隨路本振系統中，本振信號與調制信 號通過時分復用和偏振復用的方式共纖傳輸到信道中，再由接收端通過平衡 零差探測的方式獲取調制信號(Y.C.Zhang,et al.,Continuous-variable QKD over 50km commercial fiber,QuantumSci.Technol.4,035006(2019).)。但由于 近些年針對本振提出了相關攻擊，例如本振抖動攻擊、本振校準攻擊等，導 致隨路本振系統產生安全漏洞，降低系統性能。本地本振系統的提出完美的 解決了這些針對本振攻擊的漏洞，在本地本振系統中本振放在系統接收端而無需通過信道，一方面避免了針對本振的攻擊，另一方面本振的強度得到了 保證，但是隨之而來會產生新的問題，兩地激光器的頻率漂移會增加額外的 相位快漂移，而這部分相位漂移變化很快，很難通過調制信號來補償，因此 在目前大部分的本地本振系統會在發射端額外生成一導頻信號與調制信號 復用進入信道，常見的復用方式有時分復用+偏振復用或頻分復用+偏振復用， 通過提取導頻信號的相位變化來補償調制信號的相位。但這會導致相位補償 的速率大大減慢，并且易受硬件處理速率限制，也無法從中提取同步信號， 所以目前仍未有實時處理的本地本振CV-QKD系統。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提出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，利用鎖頻技術將兩地激光器的拍頻控制在一定的 較小范圍內，使得無需額外的導頻信號來補償相位快漂移，而只需補償信道 中的相位慢漂移即可完成相位補償，同時能提取時鐘同步和數據同步的信息 實現實時運算，為推進本地本振系統實用化提供了一種可行方案。

本發明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。

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。