[发明专利]一种用于单纤QKD系统同步信号传输的方法

说明书

本发明公开了一种用于单纤QKD系统同步信号传输的方法，包括如下步骤：在Alice端以频率fsig发送量子信号、以频率fsync发送同步信号，当量子信号开始传输时Alice端对传输的同步信号的首位同步信号进行标定处理；Bob端的系统时钟由接收到的频率为fsync的同步信号经倍频后提供；同时对同步信号进行甄别，甄别标定处理的首位同步信号，然后将倍频后的同步信号时钟与当前量子信号对齐从而保证收发端的时钟同步。本发明采用基于同步光的脉冲宽度甄别技术实现用户间的时钟同步，极大的降低了设计复杂度，采用的同步光扫描机制提高了设备在不同公里数传输下的自适应性，同时采用在Bob端对同步信号倍频的方案，降低Alice端对同步信号的频率要求。

技术领域

本发明涉及量子密钥分发领域，特别涉及一种用于单纤QKD系统同步信号传输的方法。

背景技术

量子密钥分发(Quantum Key Distribution,QKD)的安全性是基于量子力学的三条基本物理定律，而非计算复杂度，因此可实现通信的无条件安全。量子密钥分发的两个合法用户间通过量子信道传输的量子比特所携带的信息协商产生密钥，通过同步信道传输的同步光信号保障两个用户间的时钟严格同步。目前已有的QKD网络主要采用量子信道与同步信道单独铺设光纤的方式进行信号传输，但由于其存在施工周期长、成本高、维护复杂的问题，限制了量子保密通信的工程应用，因此将两根光纤合并为一根光纤即单纤传输的方法应运而生。但是由于光纤存在非线性的拉曼散射效应，同步信号在光纤传输中会产生宽带噪声，而量子光能量非常微弱并且易于受到其他光信号的影响，因此同步光会对量子光产生较大的影响，进而影响QKD的安全成码率。针对这一问题，如何将同步光和单光子水平的量子光融合在一根光纤中传输即合纤传输已经成为QKD系统中一重要技术。

在现有的QKD系统中，大多采用基于波分复用技术来实现量子信道与同步信道的合纤传输，该方案基本组成如图1所示，包含处理器、激光器、光路复用、光路解复用以及探测器模块。处理器的选择以现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)或中央处理器(Central Processing Unit,CPU)为主，完成对QKD系统发送端(Alice端)和接收端(Bob端)的控制及数据通信。量子光激光器通过量子光激光器驱动模块与Alice端处理器相连，同步光激光器通过同步光激光器驱动模块与Alice端处理器相连，量子光和同步光经由波分复用器实现光路复用，通过单纤传输至Bob端，Bob端再通过波分复用器实现光路解复用将同步光和量子光分离，送至对应的探测器进行甄别及探测，探测结果输出至Bob端处理器进行分析处理。

然而，现有的技术方案存在如下问题：为降低同步信号对量子光的影响，对器件要求非常高，且为保障用户间的时钟严格同步，在对同步光到达接收端后的处理非常复杂。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于单纤QKD系统同步信号传输的方法，通过对同步信号、量子信号进行调节处理从而减少共纤传输中同步光对量子光的干扰，从而降低器件要求，提高设备可靠性。采用基于同步光的脉冲宽度甄别技术实现用户间的时钟同步，极大的降低了设计复杂度，采用的同步光扫描机制提高了设备在不同公里数传输下的自适应性，同时采用在Bob端对同步信号倍频的方案，降低Alice端对同步信号的频率要求，减小共纤传输中同步光对量子光的干扰，从而降低器件要求，提高设备可靠性。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种用于单纤QKD系统同步信号传输的方法，包括如下步骤：

在Alice端以频率fsig发送量子信号、以频率fsync发送同步信号，当量子信号开始传输时Alice端对传输的同步信号的首位同步信号进行标定处理；Bob端的系统时钟由接收到的频率为fsync的同步信号经倍频后提供；同时对同步信号进行甄别，甄别标定处理的首位同步信号，然后将倍频后的同步信号时钟与当前量子信号对齐从而保证收发端的时钟同步。

发送量子信号的频率fsig大于发送同步信号的频率fsync。