[发明专利]一种量子密钥分发系统的同步方法

说明书

技术领域

本发明属于量子保密通信技术领域，具体涉及一种量子密钥分发系统的同步方法。

背景技术

量子通信是目前公认的理论上无条件安全的通信方式，拥有巨大的应用前景，但是量子密钥成码率较低是制约量子通信应用的一个重要因素，因此需要想办法提高成码率。一般采取的方式有两种：提高量子密钥分发(QKD)系统工作频率，提高单光子探测器的探测效率。在现有的探测条件下，提高QKD系统工作频率，需要相应的同步系统支持。

同步系统的功能是使得发送方和接收方的光脉冲能够一一对应，完成位置比对过程。QKD的同步功能需要传送同步光和信号光，通常将同步光和信号光在同一根光纤中进行同频传输，这样同步光和信号光受环境影响可保持一致，且能够节省光纤成本。

由于同步光和信号光是同频在同一根光纤中传输的，而且同步光是强光，信号光是单光子信号，因此同步光容易对信号光产生较大的影响(主要为瑞利散射、拉曼散射等)，具体影响程度和同步光的强度有关，一般光强越大则影响越大。这会引起QKD系统错误率的增加，最终降低QKD系统的成码率。

可以通过降低同步光的光强来减小同步光对信号光的影响，但是同步光强度也不能降得太低，这是因为同步光的光电探测器有灵敏度的限制，如果同步光强度降低至探测器灵敏度附近，会导致同步光的探测困难甚至丢失，这对系统同步是致命的。因此，要保证同步光能够被准确地探测到，同步光需要一个合适的光强。

此外，由于同步光和信号光是同频的，如果采取提升信号光发送速率的方式来提高QKD系统的成码率，则速率提升幅度会因为同步光对信号光的影响增大而受到限制，从而制约QKD系统工作频率的提高。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出一种量子密钥分发系统的同步方法，该方法能够减小同步光对信号光的影响，并保证探测器正常的门控信号，能有效提高QKD系统成码率。

所述的一种量子密钥分发系统的同步方法，包括以下步骤：

1)发送方发送同步光和信号光，同步光频率远小于信号光频率，两个频率成倍数关系，同步光和信号光均在同一根光纤中传输；

2)将同步光转换成同步电信号；

3)将同步电信号倍频至与信号光相同的频率，再经延时模块输出，作为接收方单光子探测器的门控信号；

4)信号光进入接收方单光子探测器，在探测器门控信号的有效时间内被探测；

5)经延时模块输出的同步电信号和接收方单光子探测器的输出信号，进入接收方数据处理模块进行后续处理。

进一步地，所述的倍频是通过低抖动倍频器来实现的。

优选地，所述的低抖动倍频器为锁相环。

本发明的有益效果是：

1.在相同信号光发光速率的情况下，发送低频的同步光能大大降低同步光对信号光的影响，从而有效控制QKD系统错误率，提高QKD系统成码率；

2.通过倍频方式产生和信号光频率一致的探测器门控信号，保证了单光子探测器的正常工作；

3.该同步方法支持信号光频率的提升，在同步光频率不变的条件下，信号光可以提升至更高的频率，从而支持高速QKD系统，提高QKD系统成码率。

附图说明

通过下面结合附图对其示例性实施例进行的描述，本发明上述特征和优点将会变得更加清楚和容易理解。

图1是本发明量子密钥分发系统的同步方法示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细的描述。

图1是本发明量子密钥分发系统的同步方法示意图，以100kHz同步信号和20MHz信号光为例，本发明的具体工作步骤如下：

1.发送方发送100kHz同步光及20MHz信号光，二者均在同一根光纤中传输；

2.同步光经光电转换(本实施例中为光电管)后，生成100kHz同步电信号；

3.100kHz同步电信号经低抖动倍频器(本实施例中为锁相环)倍频至20MHz同步电信号，再经延时模块输出，作为接收方单光子探测器的门控信号；

4.20MHz信号光进入接收方单光子探测器，在20MHz探测器门控信号的有效时间内被探测；

5.经延时模块输出的同步电信号和接收方单光子探测器的输出信号，进入接收方数据处理模块进行后续处理(位置比对等过程)。