[发明专利]一种QKD的同步光检测与监控纠正系统

说明书

本发明公开了一种QKD的同步光检测与监控纠正系统，包括Alice端和Bob端，所述Alice端包括光发送模块、第一通信单元和量子信道；所述Bob端包括光接收模块、同步光检测系统、FPGA管理单元和第二通信单元；所述光发送模块配置为产生和发送同步光脉冲；所述量子为同步光脉冲传输提供物理介质；所述同步光检测系统配置为将同步光脉冲光信号转换为电信号以及为后续电路输出同步时钟信号以及监控同步信号；所述FPGA管理单元配置为处理监控电路上传的信息以及对同步信号做实时处理。本发明的同步光检测和监控系统高效率、高精度地实现同步光检测和监控纠正，并恢复出严格同步时钟信号，提高QKD系统工作效率和成码率。且电路简单可靠、灵活性强，成本低。

技术领域

本发明涉及量子密钥同步检测与监控领域，具体涉及一种QKD的同步光检测与监控纠正系统。

背景技术

QKD(量子密钥分发)系统是利用量子力学特性来保证通信安全性。它使通信的双方能够产生并分享一个随机的、安全的密钥，来加密和解密消息。随着量子技术的向前推进，同步性能始终是衡量QKD系统优劣的一个重要指标之一。同步是指发送端Alice与接收端Bob信息同步。严格意义上来描述，同步就是指信号上升沿与同步信号上升沿严格同步。在现今的QKD系统中，单光子是作为密钥的载体信息，由于单光子是一种极弱光，在传输过程中需要同步光脉冲到达Bob端时间作为基准来衡量单光子信号到达Bob端时间。同步系统的快速、高效、低延时、低噪声干扰、低功耗等优点才能满足同步光检测和信号频率恢复的要求。因此，需要对现有技术进行改进提出精度更好的保证系统安全的多路同步输出激光器光源系统。

同步光信号在QKD系统传输如图1所示，在量子密钥分发系统中，同步光脉冲是一种强光。由于设备的物理特性、传输信道外界条件、传输延时以及同步光信号与信号光之间的串扰等多方面的客观因素，会引起同步光脉冲的强度起伏和相位偏差，干扰Bob端同步光检测系统的甄别判断，同步光检测系统输出时刻就会存在偏差，这一时间偏差称为同步误差。同步误差会造成后续单光子探测器在预定的时间之内探测不到信号光子，造成系统效率降低和误码率上升。因此，减小信号的同步误差，可以提升量子密钥分发系统的整体性能。Bob端同步光检测系统需要对同步光信号实时检测和监控，提高同步时钟信号输出的精确度，减少同步误差，降低误码率。

同步光脉冲在传输中可能出现的受干扰的结果，如图2所示，第一行脉冲序列表示QKD系统中Alice端发送同步光脉冲图。第二、三、四行Bob端同步光脉冲接收图。Bob端接收同步光脉冲出现延时、衰减、过冲等现象，主要是受到传输的干扰。注：第三、四行红色的脉冲代表发送端完好的同步光脉冲，为了直观表示过冲和衰减现象而放置，主要起到对比的作用。

同步光脉冲在信道传输，受到延时、过冲、衰减的影响，在Bob端同步光检测系统输出波形如图：

如图3所示，受干扰程度不同的同步光脉冲在Bob端会产生不一样的同步时钟序列，与正常脉冲之间存在误差。因此高精度同步光检测，决定了后续电路工作效率和系统的稳定性。

现有的同步光检测主要是检测同步光的有无，通过光耦合器以及多级放大电路来实现，易受外界环境光影响以及通过多级放大，信噪比较差，工作带宽比较小，影响信道的传输速率，调试复杂，且系统需要的器件比较多，电路设计复杂度高、成本高、可移植性差。

因此，需要对现有技术进行进一步地改进，提供一种同步光检测和监控系统，高效率、高精度地实现同步光检测和监控纠正，并恢复出严格同步时钟信号，提高QKD系统工作效率和成码率。且电路简单可靠、灵活性强，成本低。

发明内容

为了解决上述技术问题，提供一种同步光检测和监控系统，高效率、高精度地实现同步光检测和监控纠正，并恢复出严格同步时钟信号，提高QKD系统工作效率和成码率的量子密钥分发系统的同步光检测与监控纠正系统。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：一种QKD的同步光检测与监控纠正系统，包括Alice端和Bob端，