[发明专利]一种单光子探测器探测效率失配度的检测装置及方法

说明书

本发明提供一种单光子探测器探测效率失配度的检测装置及方法。该装置包括：第一激光器、第二激光器、第一光衰减器、第二光衰减器、第三光衰减器、保偏偏振合束器以及光纤，第一激光器、第一光衰减器、保偏偏振合束器和第三光衰减器通过光纤依次相连接，第二激光器、第二光衰减器、保偏偏振合束器和第三光衰减器通过光纤依次相连接；以及第一延迟器、第二延迟器和FPGA芯片，第一延迟器分别与FPGA芯片和第一激光器电连接，第二延迟器分别与FPGA芯片和第二激光器电连接，FPGA芯片与待测单光子探测器电连接。该方法基于上述检测装置输出检测光，通过FPGA芯片与待测单光子探测器进行数据交互得到DEM值。本发明结构简单，能够提升QKD系统的安全性。

技术领域

本发明涉及量子通信技术领域，尤其涉及一种单光子探测器探测效率失配度的检测装置及方法。

背景技术

量子通信是目前公认的理论上可被证明无条件安全的通信方式，具有广阔的应用前景。然而，实际量子密钥分发(quantum key distribution；简称QKD)系统使用器件存在非完美性，包括单光子探测器不完美性。QKD系统采用的单光子探测器一般都是用门控的雪崩光电二极管，这种设计能有效降级单光子探测器的暗计数。由于在现实中很难找到两个探测效率一致的雪崩光电二极管，如图1所示，η_i(t_j)表示探测器i在t_j时刻的探测效率(i＝0,1)。探测器效率不匹配(detection efficien-cy mismatch；简称DEM)一般定义为或当DEM值较大时容易受到伪态攻击或时移攻击，对QKD系统的安全性造成严重的威胁。

实际QKD系统在进行量子密钥分发过程前，为了使得接收方单光子探测器可以有效探测发送方发送的单光子信号，需要进行校准：包括调节门控信号的开门时间，使多路单光子探测器在同一个门控信号下的计数率尽量一致，归一化处理后DEM值近似等于1。

探测器效率不匹配问题广泛存在于实际QKD系统。如图4所示，单光子探测器0和单光子探测器1在同一时刻t的探测效率η不一致。一方面，实际QKD系统接收方大多使用多个单光子探测器，很难保证多个探测器的探测效率在时间维度上完全一致，实际QKD系统出现DEM较大情况的概率为4％；另一方面，实际QKD系统可能存在人为引入较大DEM的情况，因为攻击者通过干扰校准环节，可以成功引入非常大的探测器效率不匹配值，对实际QKD系统的安全性提出了巨大的挑战。因此需要在线检测接收方单光子探测器的DEM情况，以提升实际QKD系统通信过程的安全性。

发明内容

为了提升实际QKD系统通信过程的安全性，本发明提供一种单光子探测器探测效率失配度的检测装置及方法。

一方面，本发明提供一种单光子探测器探测效率失配度的检测装置，该装置包括：光学模块和电学模块；其中，

所述光学模块包括第一激光器、第二激光器、第一光衰减器、第二光衰减器、第三光衰减器、保偏偏振合束器以及光纤，所述第一激光器、所述第一光衰减器、所述保偏偏振合束器和所述第三光衰减器通过所述光纤依次相连接，所述第二激光器、所述第二光衰减器、所述保偏偏振合束器和所述第三光衰减器通过所述光纤依次相连接；

所述电学模块包括第一延迟器、第二延迟器和FPGA芯片，所述第一延迟器分别与所述FPGA芯片和所述第一激光器电连接，所述第二延迟器分别与所述FPGA芯片和所述第二激光器电连接，所述FPGA芯片与待测单光子探测器电连接。

进一步地，该装置还包括：光控制模块，所述光控制模块的输入端与所述第三光衰减器相连接，所述光控制模块的输出端与光纤通道相连接，所述光纤通道用于将脉冲光接入至待测单光子探测器。

进一步地，所述光控制模块为光开光或耦合器。

另一方面，本发明提供一种基于上述检测装置的单光子探测器探测效率失配度的检测方法，该方法包括：