[发明专利]光-电-光模式的MDI-QKD系统同步装置及方法

说明书

本发明提供了一种光‑电‑光模式的MDI‑QKD系统同步装置及方法，其装置包括同步光脉冲生成模块，第一个光电转换模块，编码模块，时延调节模块，电光转换模块，第二个光电转换模块，探测模块。方法包括：将同步光脉冲和信号光脉冲传输到Alice端和Bob端，并转换成同步电脉冲，对信号光脉冲进行编码，调节同步电脉冲时延，将同步电脉冲转换成同步光脉冲并传输到探测模块转换成同步电脉冲，触发单光子探测器以及采集卡工作。相比于其它QKD系统中产生同步电脉冲的方式，本发明降低了编码复杂度高的问题，克服了现有技术中干涉不稳定的缺点，使得本发明具有了在QKD系统中传输性可靠、探测效率高的优点。

技术领域

本发明属于电子技术领域，更进一步涉及量子通信技术领域中的一种光-电-光模式的测量设备无关的量子秘钥分发MDI-QKD(measurement-device-independent quantumkey distribution)系统同步装置及方法，本发明用于MDI-QKD系统中同步光和信号光的同步，保障单光子探测器的高探测率。

背景技术

QKD系统的一项关键技术是收发双方的信息的同步，只有信号光和同步光同步，才能进行以后的密钥提取。同时，为了减少误码率，要求尽量去除暗计数。为了保证单光子计数的准确性，需要将发送端的同步信号准确无误的传送到接收端，并且与单光子探测器的检出信号保持同步。如果同步精度越高，则单光子计数器就越准确，能去除的暗计数也就越多，QKD系统的性能也就越好，所以一个QKD系统的关键是同步方法的设计。

安徽量子通信技术有限公司在其申请的专利文献“一种QKD系统的同步装置”(申请号：201310434795.2申请公开号：CN104468092 A)中公开了一种量子密钥分发QKD系统同步装置。该装置包括发送同步光和信号光的发送装置、光电转换装置、可调时延模块、单光子探测器和数据采集模块。该同步装置实现了端对端的量子密钥分发系统。该同步装置中的低抖动倍频装置能够实现同步光和信号光的频率一致，减小了同步光对信号光的影响。但是该同步装置存在不足之处是：该同步装置和方法是基于BB84协议的两端QKD系统，编码方法和同步装置太简单，对于MDI-QKD系统，该同步装置和方法不能保证Alice端的信号光脉冲和Bob端的信号光脉冲在探测端的干涉。

汤艳琳在其发表的论文“实际量子密钥分发系统安全性的实验研究”(中国科学技术大学博士学位论文2015年)中公开了一种同步光和信号光采用不同光纤的同步方法。该同步方法是基于MDI-QKD系统，其同步方法的步骤是，将同步光脉冲由探测端发送到Alice端和Bob端，Alice和Bob通过线性光电二极管探测同步光信号，将同步光信号转为同步电脉冲，作为Alice端和Bob端编码工作的触发信号，虽然该同步方法不会造成信号光脉冲额外暗计数。但是该同步方法仍然存在的不足之处是：同步电脉冲在完成编码工作之后，没有再传输到探测端触发单光子探测器和采集卡工作，也不能够保证Alice端的同步光脉冲和Bob端的同步光脉冲在探测端实现稳定干涉，不能做到精准同步。

发明内容

本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提供一种光-电-光模式的MDI-QKD系统同步装置及方法，通过在编码后调节同步电脉冲的时延，以及将同步电脉冲转换成同步光脉冲传输到探测端，实现Alice端的同步光脉冲和Bob端的同步光脉冲在探测端的稳定干涉。

为了实现上述目的，本发明的具体思路是，外部产生同步光脉冲，将同步光脉冲和信号光脉冲传输到编码端，并在编码端将同步光脉转换成同步电脉冲，触发编码端的现场可编程门阵列FPGA实现对信号光脉冲的编码，编码完成之后，若Alice端的信号光脉冲和Bob端的信号光脉冲存在时延差，调节同步电脉冲时延，再将同步电脉冲转换为同步光脉冲传送到探测端，在探测端将同步光脉冲转换成同步电脉冲触发单光子探测器和采集卡工作。