一种时分复用的高速QKD系统及方法
阅读：552发布：2020-05-14
专利汇可以提供一种时分复用的高速QKD系统及方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种时分复用的高速QKD系统及方法。QKD系统包括发送端，接收端，解时分复用装置，发送端包括第一 激光器 ，其发出经典光与同步光并进行时分复用，发出时分复用光；量子密钥编码单元接收光 信号 进行量子密钥编码并以量子光的形式发出；第一波分复用单元接收所述时分复用光以及所述量子光，并进行波分复用，发出波分复用光。本发明可以有效降低经典光 拉曼散射 对量子光的影响，实现高速量子密钥分发，提高系统成码率，并且系统结构简单，实现成本低。，下面是一种时分复用的高速QKD系统及方法专利的具体信息内容。
1.一种时分复用的高速QKD系统的时分复用方法，包括：
在第一激光器，将经典光与同步光时分复用，形成时分复用光，其中，所述同步光与所述经典光的波长相同；
接收来自第一激光器的时分复用光；
接收来自量子密钥编码单元的量子光，其中，所述量子光与所述时分复用光的波长不相同；以及
在波分复用器，将所述时分复用光与所述量子光进行波分复用，形成波分复用光并发出。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述经典光为占空比小于等于30％，或者20％，或者10％的窄脉冲。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述同步光为占空比小于等于1％，或者1‰的窄脉冲。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述同步光的周期为T1，5us≤T1≤30us。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述量子光的周期为t，5ns≤t≤60ns。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述经典光的周期为T2，t≤T2≤T1。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述时分复用光满足如下公式：
t≤ΔT≤T1/2；
其中，t为量子光的周期；ΔT为所述同步光与相邻的所述经典光的时间差；T1为同步光的周期。
8.一种时分复用的高速QKD系统的发送端，包括：
量子密钥编码单元，其经配置以接收光信号进行量子密钥编码形成量子光，所述量子光的周期t大于等于5ns且小于等于60ns；
第一激光器，其经配置以发出波长相同的经典光与同步光，并对所述经典光与所述同步光进行时分复用，发出时分复用光，所述时分复用光与所述量子光波长不同，所述同步光的周期T1大于等于5us且小于等于30us，所述经典光周期T2大于等于量子光周期t且小于等于同步光周期T1；
第一波分复用单元，其经配置以接收所述时分复用光以及所述量子光，并进行波分复用，发出波分复用光。
9.根据权利要求8所述的发送端，所述经典光为占空比小于等于30％，或者20％，或者
10％的窄脉冲。
10.根据权利要求8所述的发送端，所述同步光为占空比小于等于1％，或者1‰的窄脉冲。
11.根据权利要求8所述的发送端，所述第一波分复用单元进一步为隔离度大于等于
60dB的波分复用器。
12.一种时分复用的高速QKD系统的接收端，包括：第二波分复用单元，解时分复用装置，和量子密钥解码单元；
所述第二波分复用单元，其经配置以接收所述波分复用光并解复用，得到的时分复用光传输至所述解时分复用装置，得到的量子光传输至所述量子密钥解码单元；以及所述解时分复用装置，其经配置以接收所述时分复用光并进行探测，并将时分复用光转化为时分复用电信号，并将所述时分复用电信号经进一步处理得到同步电信号，经典电信号；
所述量子密钥解码单元，其经配置以接收所述量子光并进行解码，得到量子密钥。
13.根据权利要求12所述的接收端，进一步可以包括：第二激光器，和第三光学传输单元；
所述第二激光器，其经配置以发出经典光，所述经典光用以所述接收端与所述发送端之间建立经典通信；
第三光学传输单元，包括三个光学接口，第一接口输入的光信号从第二接口输出，第二接口输入的光信号从第三接口输出，其经配置所述第一接口接收所述第二激光器发出的所述经典光并传输至所述第二波分复用单元，所述第二接口接收所述时分复用光并传输至所述解时分复用装置。
14.根据权利要求12所述的接收端，其中所述解时分复用装置，进一步包括：
第二光探测单元，其经配置以接收所述时分复用光并进行探测，并将时分复用光转化为时分复用电信号；
时钟分配单元，包括一路信号输入端口，两路或两路以上信号输出端口，其经配置以接收所述时分复用电信号经过分配后形成第一时分复用信号，第二时分复用信号，并输出；
可编程单元，其经配置可以发出用于探测同步电信号的第一控制信号，用于探测经典电信号的第二控制信号；
第一逻辑单元，包括两路或两路以上信号输入端口，一路信号输出端口，具有逻辑运算功能，其经配置以接收所述第一时分复用信号，所述第一控制信号，并经处理发出所述同步电信号；
第二逻辑单元，包括两路或两路以上信号输入端口，一路信号输出端口，具有逻辑运算功能，其经配置以接收所述第二时分复用信号，所述第二控制信号，并经处理发出所述经典电信号。
15.根据权利要求14所述的接收端，所述第一时分复用电信号以及所述第二时分复用电信号的信号特征，与所述时分复用电信号的信号特征一致。
16.一种时分复用的高速QKD系统的解时分复用方法，包括：
由所述第二光探测单元接收所述时分复用光并进行探测，将时分复用光转化为时分复用电信号；
由所述时钟分配单元接收所述时分复用电信号并分配形成第一时分复用电信号，第二时分复用电信号；
由所述可编程单元发出用于探测同步电信号的第一控制信号，用于探测经典电信号的第二控制信号；
所述第一时分复用电信号与所述第一控制信号输入所述第一逻辑单元，进行处理后，输出同步电信号；
所述第二时分复用电信号与所述第二控制信号输入所述第二逻辑单元，进行处理后，输出经典电信号。
17.一种时分复用的高速QKD系统的量子密钥分发方法，包括：
第一激光器发出经典光，同步光，并进行时分复用，发出时分复用光；
量子密钥编码单元进行量子密钥编码，并发出量子光；
由第一波分复用单元接收所述时分复用光与所述量子光并进行波分复用，发出波分复用光，并经信道传输；
由第二波分复用器接收所述波分复用光并进行解复用，得到时分复用光与量子光；
由量子密钥解码单元接收所述量子光并解码，得到量子密钥；
由解时分复用装置接收所述时分复用光进行探测并转化为时分复用电信号，并将所述时分复用电信号经进一步处理得到同步电信号，经典电信号。
18.一种时分复用的高速QKD系统的单向系统，其包括权利要求1-7任一项所述的时分复用方法或权利要求8-11任一项所述的发送端或权利要求12-15任一项所述的接收端或权利要求16所述的解时分复用方法或权利要求17所述的量子密钥分发方法。
19.一种时分复用的高速QKD系统的双向系统，其包括权利要求1-7任一项所述的时分复用方法或权利要求8-11任一项所述的发送端或权利要求12-15任一项所述的接收端或权利要求16所述的解时分复用方法或权利要求17所述的量子密钥分发方法。
一种时分复用的高速QKD系统及方法
技术领域
[0001] 本发明涉及量子保密通信技术领域，特别地涉及一种时分复用的高速QKD系统及方法。
背景技术
[0002] 量子保密通信技术作为在量子力学、现代通信以及现代密码学等基础上发展出来的新兴技术，基于量子力学的基本原理，利用“一次一密”的方式对信息进行加密，具有不可破译的特性，拥有无可比拟的安全优势。量子密钥分发(Quantum Key Distribution，QKD)技术是量子保密通信关键技术，目前所采用的基础协议是BB84协议，以及在BB84协议基础上发展而来的诱骗态BB84协议。现阶段对量子密钥分发技术的重点研究问题之一是如何利用现有的光纤通信网络实现量子密钥的分发。
[0003] 现有技术中，有一种利用了时分复用技术的量子密钥分发技术实现了利用现有的光纤通信网络进行量子密钥分发，图1A示出了现有技术的发送端的结构示意图，图1B示出了现有技术的信号时隙调制示意图，图2示出了现有技术的接收端的结构示意图。如图1A所示的现有技术方案中，激光器发出的波长为λ的光经分束器后分别输入三个不同的调制器，其中经调制器1调制并发出的是同步光，经调制器2调制并发出的是量子光，经调制器3调制并发出的是经典光，同步光、量子光、经典光波长均为λ，调制器1、调制器2和调制器3是按照图1B所示的时隙对同步光、量子光、经典光进行调制。由于经典光是强光，会产生较强的拉曼散射作用，拉曼散射噪声的波长是包含λ在内的多种波长，并且该噪声的衰减也需要一定的时间。因此现有技术中，在发射了经典光之后，在发射量子光之前，会有一个“清除期”，降低了系统的有效成码时间。如图2所示的现有技术接收端接收到发送端的光信号后，首先是经过解复用再经过分光才传输到不同的光探测器，这样的过程会对光强产生较大的衰减作用，因此需要发射端发出较强的光，而拉曼散射噪声与光强是成正相关的关系。因此在现有技术中就产生如下问题，一是需要多路调制器调节光信号使得现有技术实现方案复杂、成本较高，二是由于发送端需要发出较强的经典光，会产生较强的拉曼散射作用，为了减少拉曼散射噪声对量子光的影响从而需要一个较长的清除期，使得密钥发射频率低导致无法实现高速发射。
发明内容
[0004] 针对现有技术中存在的技术问题，本发明提出一种时分复用的高速QKD系统的时分复用方法，包括：在第一激光器，将经典光与同步光时分复用，形成时分复用光，其中，所述同步光与所述经典光的波长相同；接收来自第一激光器的时分复用光；接收来自量子密钥编码单元的量子光，其中，所述量子光与所述时分复用光的波长不相同；以及在波分复用器，将所述时分复用光与所述量子光进行波分复用，形成波分复用光并发出。
[0005] 如上所述的方法，其中所述经典光为占空比小于等于30％，或者20％，或者10％的窄脉冲。
[0006] 如上所述的方法，其中所述同步光为占空比小于等于1％，或者1‰的窄脉冲。
[0007] 如上所述的方法，其中所述同步光的周期为T1，5us≤T1≤30us。
[0008] 如上所述的方法，其中所述量子光的周期为t，5ns≤t≤60ns。
[0009] 如上所述的方法，其中所述经典光的周期为T2，t≤T2≤T1。
[0010] 如上所述的方法，其中所述时分复用光满足如下公式：t≤ΔT≤T1/2；其中，t为量子光的周期；ΔT为所述同步光与相邻的所述经典光的时间差；T1为同步光的周期。
[0011] 本发明的另一个方面，提出了一种时分复用的高速QKD系统的发送端，包括：量子密钥编码单元，其经配置以接收光信号进行量子密钥编码形成量子光，所述量子光的周期t大于等于5ns且小于等于60ns；第一激光器，其经配置以发出波长相同的经典光与同步光，并对所述经典光与所述同步光进行时分复用，发出时分复用光，所述时分复用光与所述量子光波长不同，所述同步光的周期T1大于等于5us且小于等于30us，所述经典光周期T2大于等于量子光周期t且小于等于同步光周期T1；第一波分复用单元，其经配置以接收所述时分复用光以及所述量子光，并进行波分复用，发出波分复用光。
[0012] 如上所述的发送端，所述经典光为占空比小于等于30％，或者20％，或者10％的窄脉冲。
[0013] 如上所述的发送端，所述同步光为占空比小于等于1％，或者1‰的窄脉冲。
[0014] 如上所述的发送端，所述第一波分复用单元进一步为隔离度大于等于60dB的波分复用器。
[0015] 本发明的另一个方面，提出了一种时分复用的高速QKD系统的接收端，包括：第二波分复用单元，解时分复用装置，和量子密钥解码单元；所述第二波分复用单元，其经配置以接收发送端所发出的波分复用光并解复用，得到的时分复用光传输至所述解时分复用装置，得到的量子光传输至所述量子密钥解码单元；以及所述解时分复用装置，其经配置以接收所述时分复用光并进行探测，并将时分复用光转化为时分复用电信号，并将所述时分复用电信号经进一步处理得到同步电信号，经典电信号；所述量子密钥解码单元，其经配置以接收所述量子光并进行解码，得到量子密钥。
[0016] 如上所述的接收端，进一步可以包括：第二激光器，和第三光学传输单元；所述第二激光器，其经配置以发出经典光，所述经典光用以所述接收端与所述发送端之间建立经典通信；第三光学传输单元，包括三个光学接口，第一接口输入的光信号从第二接口输出，第二接口输入的光信号从第三接口输出，其经配置所述第一接口接收所述第二激光器发出的所述经典光并传输至所述第二波分复用单元，所述第二接口接收所述时分复用光并传输至所述解时分复用装置。
[0017] 如上所述的接收端，其中所述解时分复用装置，进一步包括：第二光探测单元，其经配置以接收所述时分复用光并进行探测，并将时分复用光转化为时分复用电信号；时钟分配单元，包括一路信号输入端口，两路或两路以上信号输出端口，其经配置以接收所述时分复用电信号经过分配后形成第一时分复用信号，第二时分复用信号，并输出；可编程单元，其经配置可以发出用于探测同步电信号的第一控制信号，用于探测经典电信号的第二控制信号；第一逻辑单元，包括两路或两路以上信号输入端口，一路信号输出端口，具有逻辑运算功能，其经配置以接收所述第一时分复用信号，所述第一控制信号，并经处理发出所述同步电信号；第二逻辑单元，包括两路或两路以上信号输入端口，一路信号输出端口，具有逻辑运算功能，其经配置以接收所述第二时分复用信号，所述第二控制信号，并经处理发出所述经典电信号。
[0018] 如上所述的接收端，所述第一时分复用电信号以及所述第二时分复用电信号的信号特征，与所述时分复用电信号的信号特征一致。
[0019] 本发明的另一个方面，提出了一种时分复用的高速QKD系统的解时分复用方法，包括：由所述第二光探测单元接收所述时分复用光并进行探测，将时分复用光转化为时分复用电信号；由所述时钟分配单元接收所述时分复用电信号并分配形成第一时分复用电信号，第二时分复用电信号；由所述可编程单元发出用于探测同步电信号的第一控制信号，用于探测经典电信号的第二控制信号；所述第一时分复用电信号与所述第一控制信号输入所述第一逻辑单元，进行处理后，输出同步电信号；所述第二时分复用电信号与所述第二控制信号输入所述第二逻辑单元，进行处理后，输出经典电信号。
[0020] 本发明的另一个方面，提出了一种时分复用的高速QKD系统的量子密钥分发方法，包括：第一激光器发出经典光，同步光，并进行时分复用，发出时分复用光；量子密钥编码单元进行量子密钥编码，并发出量子光；由第一波分复用单元接收所述时分复用光与所述量子光并进行波分复用，发出波分复用光，并经信道传输；由第二波分复用器接收所述波分复用光并进行解复用，得到时分复用光与量子光；由量子密钥解码单元接收所述量子光并解码，得到量子密钥；由解时分复用装置接收所述时分复用光进行探测并转化为时分复用电信号，并将所述时分复用电信号经进一步处理得到同步电信号，经典电信号。
[0021] 本发明的另一个方面，提出了一种时分复用的高速QKD系统的单向系统，其包括如上任一所述的时分复用方法或如上任一所述的发送端或如上任一所述的接收端或如上所述的解时分复用方法或如上所述的量子密钥分发方法。
[0022] 本发明的另一个方面，提出了一种时分复用的高速QKD系统的双向系统，其包括如上任一所述的时分复用方法或如上任一所述的发送端或如上任一所述的接收端或如上所述的解时分复用方法或如上所述的量子密钥分发方法。
[0024] 图1A示出了现有技术的时分复用量子密钥分发系统的发送端的结构示意图；
[0025] 图1B示出了现有技术的时分复用量子密钥分发系统的信号时隙调制示意图；
[0026] 图2示出了现有技术的时分复用量子密钥分发系统的接收端的结构示意图；
[0027] 图3示出了根据本发明的发送端的一个示例性实施例的结构示意图；
[0028] 图4示出了根据本发明的发送端的信号时隙调制示意图；
[0029] 图5示出了根据本发明的发送端的一个示例性实施例的结构示意图；
[0030] 图6示出了根据本发明的接收端的一个示例性实施例的结构示意图；
[0031] 图7示出了根据本发明的解时分复用装置的一个示例性实施例的结构示意图；
[0032] 图8示出了根据本发明的解时分复用装置的初始化阶段示意图；
[0033] 图9示出了根据本发明的解时分复用装置的初始化阶段信号示意图；
[0034] 图10示出了根据本发明的解时分复用装置的工作阶段示意图；
[0035] 图11示出了根据本发明的解时分复用装置的工作阶段的信号示意图；
[0036] 图12示出了根据本发明的解时分复用方法的流程示意图；
[0037] 图13示出了根据本发明的单向QKD系统的一个示例性实施例的结构示意图；
[0038] 图14示出了根据本发明的双向QKD系统的一个示例性实施例的结构示意图；
[0039] 图15示出了根据本发明的量子密钥分发方法的流程示意图。
具体实施方式
[0040] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0041] 在以下的详细描述中，可以参看作为本申请一部分用来说明本申请的特定实施例的各个说明书附图。在附图中，相似的附图标记在不同图式中描述大体上类似的组件。本申请的各个特定实施例在以下进行了足够详细的描述，使得具备本领域相关知识和技术的普通技术人员能够实施本申请的技术方案。
[0042] 图3示出了根据本发明的发送端的一个示例性实施例。通过图3的实施例，能够示例性地说明本发明的发送端的基本结构。如图3所示，本发明的发送端可以包括量子密钥编码单元101，第一激光器103，第一波分复用单元201，第一光学传输单元203，以及第一光探测单元301。
[0043] 在一些实施例中，量子密钥编码单元101可以接收光信号进行量子密钥编码并将编码后形成的量子信号以量子光的形式进行发送的装置，量子密钥编码单元101可以是偏振编码装置、时间编码装置、相位编码装置或者时间相位编码装置，优选地为时间相位编码装置。量子密钥编码单元101进行量子密钥编码的概率是随机的，在完成量子密钥编码后，以周期为t的波长为λ1的量子光的形式发出，周期t的数值范围为5ns≤t≤60ns。量子密钥编码单元101可以包括编码制备装置，接收光信号进行量子密钥编码；可以包括诱骗态制备装置，进行诱骗态制备；可以包括单光子制备装置，进行单光子制备。
[0044] 在一些实施例中，第一激光器103可以发出具有相同波长λ2的同步光与经典光，其中同步光可用以传输经编码的同步信号，其中经典光可用以传输经编码的经典信号。第一激光器103可以在本发明的初始化阶段发送同步光，在本发明的工作阶段发送同步光或经典光。第一激光器103所发出的同步光可以传输符合同步数字传输所要求的同步帧，数字同步传输可以采用光纤信道实现多节点同步信息传输、复用、分插复用和交叉连接等功能，第一激光器103发出的同步光可以是占空比小于等于1％的窄脉冲，进一步为占空比小于等于1‰的窄脉冲，第一激光器103所发出的同步光的周期为T1，周期T1的数值范围为5us≤T1≤
30us；第一激光器103所发出的经典光可以是脉冲宽度可以调制的经典光脉冲，经典光为占空比小于等于30％的窄脉冲；优选地，为占空比小于等于20％的窄脉冲；进一步地优选为占空比小于等于10％的窄脉冲；第一激光器103所发出的经典光的周期为T2，周期T2的数值范围为t≤T2≤T1。
30us；第一激光器103所发出的经典光可以是脉冲宽度可以调制的经典光脉冲，经典光为占空比小于等于30％的窄脉冲；优选地，为占空比小于等于20％的窄脉冲；进一步地优选为占空比小于等于10％的窄脉冲；第一激光器103所发出的经典光的周期为T2，周期T2的数值范围为t≤T2≤T1。
[0045] 第一激光器103在发出经典光与同步光的过程中采用了时分复用技术，对信道传输时间切分成不同的时隙，系统将切分后的不同的时隙分配给同步光与经典光，实现了同步光与经典光的时分复用。第一激光器103是按照图4所示的时隙调制图对其所发出的同步光和经典光进行调制。第一激光器103按照图4第一行所示的时隙图对同步光进行调制，如图4第一行所示的同步光波长为λ2，周期为T1，5us≤T1≤30us；第一激光器103按照图4的第二行所示的时隙图对经典光进行调制，如图4第二行所示的经典光波长为λ2，周期为T2，t≤T2≤T1；第一激光器103按照图4的第三行所示的时隙图对同步光与经典光进行时分复用，实现了经典光与同步光的时分复用，并发出时分复用光，其中的同步光与相邻经典光的时间差为ΔT，其数值范围为t≤ΔT≤T1/2。
[0046] 在一些实施例中，第一波分复用单元201包括第一端口C、第二端口R和第三端口T。第一波分复用单元201是双向光学元件，可以被设置成如下模式：当第一频率范围内的光从第二端口R入射，并且/或者第二频率范围内的光在第三端口T入射时，第二端口R和第三端口T的入射光在第一端口C合成一路输出；当光入射到第一端口C，第二端口R输出第一频率范围内的光，第三端口T输出第二频率范围内的光。其中，第一频率范围可以不同于第二频率范围。
[0047] 第一波分复用单元201可以是稀疏波分复用器、密集波分复用器、带通波分复用器或者是光纤布拉格光栅，但并不限于此。由于稀疏波分复用器、密集波分复用器以及带通波分复用器具有公共端口、反射端口和透射端口，且透射端口的隔离度大于反射端口的隔离度，因此可优选使用这三种波分复用器，并将公共端口设置成第一端口C，反射端口设置成第二端口R，透射端口设置成第三端口T。优选地，第一波分复用单元201可以是隔离度大于等于60dB的波分复用器。
[0048] 量子密钥编码单元101发出的量子光，第一激光器103发出的时分复用光，可以选择第一波分复用单元201的第二端口R输入，或者可以选择第一波分复用单元201的第三端口T输入，进一步的量子密钥编码单元101发出的量子光可以选择第一波分复用单元201的第三端口T输入，可以利于隔离度最大的透射端口消除本地荧光对于量子光的影响。本发明的接收端所发出的经典光经信道传输至第一波分复用单元201，并通过第一波分复用单元201传输至第一单光子探测单元301。
[0049] 在一些实施例中，第一光学传输单元203可以包括三个光学接口：第一接口、第二接口和第三接口；其中从第一接口输入的光信号从第二接口输出，从第二接口输入的光信号从第三接口输出。优选地，第一光学传输单元203可以是环形器。第一光学传输单元203的第一接口与第一激光器103连接，以接收第一激光器103所发出的时分复用光；第一光学传输单元203的第二接口与第一波分复用器201接连，以将第一激光器103所发出的时分复用光传输至第一波分复用器201，并接收经第一波分复用单元201所传输过来的本发明的接收端所发出的经典光；第一光学传输单元203的第三接口与第一光探测单元301连接，以接收从第一波分复用单元201传输而来的系统接收端所发出的经典光，并传输至第一光探测单元301。
[0050] 在一些实施例中，第一光探测单元301可以包括PN结型光探测器，或者可以包括PIN型光探测器，或者可以包括雪崩光电二极管(APD)探测器，或者可以包括拉通型雪崩光电二极管(RAPD)探测器，可以用于接收并探测本发明的接收端所发出的经典光，以使得本发明的发送端与本发明的接收端之间建立起经典通信联系。
[0051] 在本发明中，第一激光器103可以发出波长为λ2周期为T1的同步光，波长为λ2的周期为T2的经典光，并按照图4第一行所示的时隙图对同步光进行调制，按照图4的第二行所示的时隙图对经典光进行调制，按照图4的第三行所示的时隙图对经典光与同步光进行时分复用，实现了经典光与同步光的时分复用，并发出波长为λ2的时分复用光，在发出的时分复用光中，同步光与相邻的经典光之间的时间差ΔT的数值范围大于等于量子光的周期t且小于等于T1/2；量子密钥编码单元101可以进行量子密钥编码并发出波长为λ1的周期为t的量子光；时分复用光的波长λ2与量子光的波长λ1并不相等；第一波分复用单元201可以接收第一激光器103发出的波长为λ2的时分复用光与量子密钥编码单元101发出的波长为λ1的量子光，并对时分复用光和量子光进行波分复用，然后发出波分复用光并经信道传输。
[0052] 在本发明中，量子光与时分复用光，即量子光与经典光或同步光具有不同的波长，可以进行波分复用，这就意味着量子光并不进行时分复用，因此就不会产生现有技术中的在发出量子光之前需要有一个比较长的“清除期”的问题，因此量子光的发送频率是不受时分复用影响的，从而可以实现对量子密钥的高速发送。此外，由于本发明的发送端不需要在时分复用的时候使用多个调制器对经典光、同步光进行调制，因而可以使得系统结构简单成本降低。
[0053] 图5示出了根据本发明的发送端的一个示例性实施例的结构示意图。图5所示实施例与图3所示实施例中相似装置和结构具有相似的功能。如图5所示，本发明的发送端可以包括第一衰减器401，第二光学传输单元205，第一滤波单元403。
[0054] 在一些实施例中，第一衰减器401可以是电可调衰减器，可以接收第一激光器103所发出的经典光或同步光或经时分复用后的时分复用光，经其对经典光或同步光或经时分复用后的时分复用光的光强进行调节后，输出至第一波分复用单元201。在本发明中，系统可根据接收端光探测器灵敏度、经典光或同步光或经时分复用后的时分复用光在系统链路传输过程中的衰减情况，得到系统所需要的光的强度值。第一衰减器401可以根据系统对于光强度的要求，对于第一激光器103发出的经典光或同步光或经时分复用后的时分复用光的强度进行精确的调节，以符合系统的要求。
[0055] 在一些实施例中，第二光学传输单元205可以包括三个光学接口：第一接口、第二接口和第三接口；其中从第一接口输入的光信号从第二接口输出，从第二接口输入的光信号从第三接口输出。优选地，第二光学传输单元205可以是环形器。第二光学传输单元205的第一接口与量子密钥编码单元101连接，并接收量子密钥编码单元101所发出的量子光；第二光学传输单元205的第二接口与第一滤波单元403连接，以将第二光学传输单元205所接收的量子光传输至第一滤波单元403；第二光学传输单元205的第三接口与第一波分复用单元201连接，以将经第一滤波单元403进行滤波之后的量子光传输至第一波分复用单元201。
[0056] 在一些实施例中，第一滤波单元403可以接收经第二光学传输单元205传输的量子密钥编码单元101发出的量子光，对量子光中的由激光器所产生自发辐射噪声进行过滤，在量子密钥编码单元101采用时间编码或相位编码或时间相位编码的情况下，可以增加编码的消光比从而减小系统误差，并将过滤掉噪声后的量子光输出至第二光学传输单元205的第二接口。优选地，第一滤波单元403可以是滤波器，更进一步地可以是光栅滤波器。
[0057] 图6示出了根据本发明的接收端的一个示例性实施例的结构示意图。如图6所示，本发明的接收端可以包括第二激光器105，第二波分复用单元207，第三光学传输单元209，解时分复用装置305，以及量子密钥解码单元303。
[0058] 在一些实施例中，第二激光器105可以发出经典光，所发出的经典光可以通过信道传输至本发明的发送端，由发送端的第一单光子探测单元301所探测，用以建立本发明的接收端与本发明的发送端之间的经典通信联系。
[0059] 在一些实施例中，第二波分复用单元207包括第一端口C、第二端口R和第三端口T。第二波分复用单元207是双向光学元件，可以被设置成如下模式：当第一频率范围内的光从第二端口R入射，并且/或者第二频率范围内的光在第三端口T入射时，第二端口R和第三端口T的入射光在第一端口C合成一路输出；当光入射到第一端口C，第二端口R输出第一频率范围内的光，第三端口T输出第二频率范围内的光。其中，第一频率范围可以不同于第二频率范围。
[0060] 第二波分复用单元207可以是稀疏波分复用器、密集波分复用器、带通波分复用器或者是光纤布拉格光栅，但并不限于此。由于稀疏波分复用器、密集波分复用器以及带通波分复用器具有公共端口、反射端口和透射端口，且透射端口的隔离度大于反射端口的隔离度，因此可优选使用这三种波分复用器，并将公共端口设置成第一端口C，反射端口设置成第二端口R，透射端口设置成第三端口T。优选地，第二波分复用单元207可以是隔离度大于等于60dB的波分复用器。
[0061] 第二波分复用单元207接收本发明的发送端所发送的波分复用光，并对接收到的波分复用光进行解波分复用，其中解波分复用得到的量子光传输至量子密钥解码单元303，解波分复用得到的时分复用光传输至解时分复用装置305。
[0062] 在一些实施例中，第三光学传输单元209可以包括三个光学接口：第一接口、第二接口和第三接口；其中从第一接口输入的光信号从第二接口输出，从第二接口输入的光信号从第三接口输出。优选地，第三光学传输单元209可以是环形器。第三光学传输单元209第一接口与第二激光器105连接，接收第二激光器105所发出的经典光；第三光学传输单元209的第二接口与第二波分复用单元207连接，以将第二激光器105发出的经典光输出至第二波分复用单元207，并接收第二波分复用单元207所传输过来的时分复用光；第三光学传输单元209的第三接口与解时分复用装置305连接，以将第三光学传输单元209所接收的时分复用光传输至解时分复用装置305。
[0063] 在一些实施例中，解时分复用装置305可以接收经第三光学传输单元209所传输过来的时分复用光，并对所接收到的时分复用光进行探测，将时分复用光转化为时分复用电信号，并对时分复用电信号经进一步处理得到同步电信号以及经典电信号。
[0064] 在一些实施例中，量子密钥解码单元303可以接收由第二波分复用单元207所传输过来的量子光，并对量子光进行探测以对量子密钥进行解码，以获取其中的编码信息。量子密钥解码单元303可以探测并解码偏振编码、时间编码、相位编码、时间相位编码等各种形式的量子密钥编码，优选地可以探测并解码时间编码、相位编码或时间相位编码。
[0065] 在一些实施例中，量子密钥解码单元303可以包括第一单光子探测器3031、第二单光子探测器3033、第三单光子探测器3035、第四单光子探测器3037，上述单光子探测器可以是PN结型光探测器，PIN型光探测器，雪崩光电二极管(APD)探测器，或者拉通型雪崩光电二极管(RAPD)探测器。当探测时间相位编码时，其中第一单光子探测器3031、第二单光子探测器3033可以是时间编码探测器，可以探测Z基矢时间编码中的0编码或者1编码；第三单光子探测器3035、第四单光子探测器3037可以是相位编码探测器，可以探测X基矢或Y基矢的0编码或1编码；当探测偏振编码时，第一单光子探测器3031、第二单光子探测器3033、第三单光子探测器3035、第四单光子探测器3037可以分别探测偏振编码的H/V/P/N编码；当探测相位编码时，第一单光子探测器3031、第二单光子探测器3033、第三单光子探测器3035、第四单光子探测器3037可以分别探测0，π/2，π，3π/2。
[0066] 图7示出了根据本发明的解时分复用装置的一个示例性实施例的结构示意图。如图7所示，本发明的解时分复用装置可以包括第二光探测单元307，时钟分配单元501，可编程单元601，第一逻辑单元603，以及第二逻辑单元605，其中可编程单元601可以包括控制芯片6011，信号生成装置6013，以及延时装置6015。
[0067] 在一些实施例中，第二光探测单元307可以接收并探测光信号，并得到相应的电信号，第二光探测单元307可以是PN结型光探测器，PIN型光探测器，雪崩光电二极管(APD)探测器，或者拉通型雪崩光电二极管(RAPD)探测器。时钟分配单元501可以包括一路信号输入端口，可以包括两路或两路以上的信号输出端口，可以将输入的电信号按照系统要求经过分配后通过不同的输出端口进行输出。优选地，时钟分配单元501可以是时钟分配器。
[0068] 在一些实施例中，可编程单元601可以根据本发明的不同工作阶段发出不同的信号，在初始化阶段可以发出扫描信号，在工作阶段发出控制信号。可编程单元601可以包括控制芯片6011，可以对信号生成装置6013或延时装置6015发出运行指令；信号生成装置6013可以接收控制芯片6011的运行指令，在本发明的不同工作阶段生成不同的电信号，在初始化阶段可以发出扫描信号，在工作阶段发出控制信号；延时装置6015可以接收控制芯片6011的运行指令以及信号生成装置6013生成的电信号，根据接收到的运行指令对接收到的电信号进行延时操作。
[0069] 在一些实施例中，第一逻辑单元603是可以进行逻辑运算的电路，可以是与门电路、或门电路或非门电路，也可以是与非门电路、或非门电路、异或门电路或者同或门电路。第一逻辑单元603可以包括两路或两路以上的信号输入端口，可以包括一路信号输出端口。
优选地，第一逻辑单元603可以是逻辑芯片。第二逻辑单元605与第一逻辑单元603具有相似的结构和功能。优选地，第一逻辑单元603，第二逻辑单元605，可以是与门电路。
优选地，第一逻辑单元603可以是逻辑芯片。第二逻辑单元605与第一逻辑单元603具有相似的结构和功能。优选地，第一逻辑单元603，第二逻辑单元605，可以是与门电路。
[0070] 本发明的解时分复用装置可以在本发明初始化阶段或工作阶段具有不同的运行模式。
[0071] 图8示出了根据本发明的解时分复用装置的初始化阶段示意图，图9示出了根据本发明的解时分复用装置的初始化阶段信号示意图。在本发明初始化阶段，第一激光器103发出同步光，经信道传输至本发明的解时分复用装置。第二光探测单元307接收到同步光并经探测，将同步光转化为图9第一行所示的同步电信号，且同步电信号与同步光具有相同的周期、波长、脉冲宽度、占空比、频率等信号特征。时钟分配单元501接收到同步电信号并分配至第一逻辑单元603。在初始化阶段，本发明的发送端可以通过经典信道将同步光的周期、脉冲宽度等信息发送至接收端的解时分复用装置。可编程单元601接收到同步光的周期、脉冲宽度等信息后，由控制芯片6011向信号生成装置6013发出信号生成指令，随机生成与同步电信号具有相同周期、脉冲宽度为同步电信号脉冲宽度1.5倍至3倍的如图9第二行所示的扫描信号，并将扫描信号经延时装置6015发送至第一逻辑单元603。第一逻辑单元603接收到同步电信号与扫描信号后，进行与门逻辑运算。如果第一逻辑单元603进行与门运算后无高电平输出，即扫描信号未扫描到同步电信号，则由控制芯片6011指令延时装置6015对由信号生成装置6013生成的扫描信号进行一定时间的延时操作后得到图9第三行所示的扫描信号，发送至第一逻辑单元603，再由第一逻辑单元603对接收到的同步电信号与扫描信号进行与门运算，直至有高电平输出，此时可编程单元601可生成与同步电信号具有相同周期、相同频率且脉冲宽度是同步电信号脉冲宽度1.5倍至3倍的如图9第四行所示的第一控制信号705，以用于探测同步电信号，并对第一控制信号705进行取反运算并生成图9第五行所示的第二控制信号707，以用于探测经典电信号。
[0072] 图10示出了根据本发明的解时分复用装置的工作阶段示意图。图11示出了根据本发明的解时分复用装置的工作阶段的信号示意图。如图11所示，第一行是时分复用电信号，第二行是第一时分复用电信号701，第三行是第二时分复用电信号703，第四行是第一控制信号705，第五行是第二控制信号707，第六行是同步电信号，第七行是经典电信号。
[0073] 在本发明工作阶段，第二光探测单元307接收经本发明的发送端所发出的时分复用光，并对所接收到的时分复用光进行探测，将时分复用光转化为时分复用电信号，得到如图11第一行所示的时分复用电信号，所得到的时分复用电信号与时分复用光具有相同的周期、频率、波长、占空比、脉冲宽度等信号特征。时钟分配单元501可以接收图11第一行所示的时分复用电信号，并对所接收的时分复用电信号进行分配，输出图11第二行所示的第一时分复用电信号701、图11第三行所示的第二时分复用电信号703，其中第一时分复用电信号701、第二时分复用电信号703的信号特征与数值与所述时分复用电信号是一致的。第一逻辑单元603接收如图11第二行所示的第一时分复用电信号701以及如图11第四行所示的由可编程单元601所发出的第一控制信号705。第一逻辑单元603可以在接收第一时分复用电信号701、第一控制信号705后进行与门逻辑运算，输出如图11第六行所示的同步电信号，所得到的同步电信号与同步光具有相同的周期、频率、波长、占空比、脉冲宽度等信号特征。第二逻辑单元605，接收如图11第三行所示的第二时分复用电信号703以及如图11第五行所示的由可编程单元601所发出的第二控制信号707。第二逻辑单元605可以在接收第二时分复用电信号703、第二控制信号707后进行与门逻辑运算，输出如图11第七行所示的经典电信号，所得到的经典电信号与经典光具有相同的周期、频率、波长、占空比、脉冲宽度等信号特征。
[0074] 图12示出了根据本发明的解时分复用方法的流程示意图。如图12所示，本发明的解时分复用方法可以包括以下步骤：
[0075] S1201：第二光探测单元307接收时分复用光并进行探测，将时分复用光转化为时分复用电信号；
[0076] S1202：时钟分配单元501接收时分复用电信号并经分配形成第一时分复用电信号701，第二时分复用电信号703；
[0077] S1203：可编程单元601生成用于探测同步电信号的第一控制信号705，用于探测经典电信号的第二控制信号707；
[0078] S1204：第一时分复用电信号701与第一控制信号705输入第一逻辑单元603，进行与门逻辑运算后，输出同步电信号；第二时分复用电信号703与第二控制信号707输入第二逻辑单元605，进行与门逻辑运算后，输出经典电信号。
[0079] 图13示出了根据本发明的单向QKD系统的一个示例性实施例的结构示意图。图13所示的实施例与前述各个实施例中，相似的装置及结构具有相似的功能。如图13所示的本发明的单向QKD系统，可以包括发送端、信道、接收端。发送端可以包括量子密钥编码单元101，第一激光器103，第一波分复用单元201，第一光学传输单元203，第一光探测单元301。
量子密钥编码单元101可以进行量子密钥编码并发出量子光；第一激光器103可以发出经典光或同步光，并对经典光以及同步光进行时分复用，发出时分复用光；第一波分复用器201接收时分复用光以及量子光并进行波分复用，发出波分复用光，并经量子信道传输至接收端。接收端可以包括第二激光器105，第二波分复用器207，第三光学传输单元209，量子密钥解码单元303，解时分复用装置305。接收端接收到经信道传输过来的波分复用光。第二波分复用器207对接收端所接收到的波分复用光进行解复用，解复用出的时分复用光传输至解时分复用装置305，解复用出的量子光传输至量子密钥解码单元303。解时分复用装置305可以接收并探测时分复用光并转化为时分复用电信号，并对时分复用电信号经处理得到同步电信号以及经典电信号；量子密钥解码单元303可以接收并探测量子光并进行解码，得到量子密钥。
量子密钥编码单元101可以进行量子密钥编码并发出量子光；第一激光器103可以发出经典光或同步光，并对经典光以及同步光进行时分复用，发出时分复用光；第一波分复用器201接收时分复用光以及量子光并进行波分复用，发出波分复用光，并经量子信道传输至接收端。接收端可以包括第二激光器105，第二波分复用器207，第三光学传输单元209，量子密钥解码单元303，解时分复用装置305。接收端接收到经信道传输过来的波分复用光。第二波分复用器207对接收端所接收到的波分复用光进行解复用，解复用出的时分复用光传输至解时分复用装置305，解复用出的量子光传输至量子密钥解码单元303。解时分复用装置305可以接收并探测时分复用光并转化为时分复用电信号，并对时分复用电信号经处理得到同步电信号以及经典电信号；量子密钥解码单元303可以接收并探测量子光并进行解码，得到量子密钥。
[0080] 图14示出了根据本发明的双向QKD系统的一个示例性实施例的结构示意图。图14所示的实施例与前述各个实施例中，相似的装置及结构具有相似的功能。如图14所示的本发明的双向QKD系统可以包括第一发送接收端，信道，第二发送接收端。第一发送接收端可以包括第一量子密钥编码单元101，第一激光器103，第一波分复用单元201，第一光学传输单元203，第三波分复用单元211，第一光探测单元301，第二量子密钥解码单元309。第二发送接收端可以包括第二激光器105，第二量子密钥编码单元107，第二波分复用单元207，第三光学传输单元209，第四波分复用单元213，第一量子密钥解码单元303，解时分复用装置305。本实施例可以实现双向量子密钥分发。
[0081] 图15示出了根据本发明的量子密钥分发方法的流程示意图。如图15所示，本发明的量子密钥分发方法包括如下步骤：
[0082] S1501：量子密钥编码单元101进行量子密钥编码，并发出量子光；
[0083] S1502：第一激光器103发出经典光，同步光，并进行时分复用，发出时分复用光；
[0084] S1503：第一波分复用器201接收所述时分复用光以及所述量子光，进行波分复用并发出波分复用光，并经信道传输；
[0085] S1504：第二波分复用器207接收所述波分复用光并进行解复用，得到时分复用光以及量子光；
[0086] S1505：量子密钥解码单元303接收量子光并解码，得到量子密钥；
[0087] S1506：解时分复用装置305接收时分复用光进行探测并转化为时分复用电信号，并对时分复用电信号经进一步处理得到同步电信号以及经典电信号。
[0088] 上述实施例仅供说明本发明之用，而并非是对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此，所有等同的技术方案也应属于本发明公开的范畴。
| 标题 | 发布/更新时间 | 阅读量 |
|---|---|---|
| 适用于量子隐形传输系统的信号恢复装置及方法 | 2020-05-12 | 218 |
| 基于参数未知的非最大纠缠Bell态的多方量子密钥协商方法 | 2020-05-12 | 185 |
| 基于信道纠错的多跳量子隐形传态方法 | 2020-05-14 | 353 |
| 量子密钥分发系统中门控探测器致盲漏洞检测方法及装置 | 2020-05-15 | 793 |
| 用于检测量子通信系统安全性的装置及检测方法 | 2020-05-13 | 87 |
| 两个基于Bell态的半量子安全直接通信方法 | 2020-05-08 | 188 |
| 基于信宿锚的隐私安全编码方法 | 2020-05-11 | 191 |
| 基于参数已知的非最大纠缠Bell态的多方量子密钥协商方法 | 2020-05-12 | 577 |
| 基于量子粒子群优化极限学习机的频谱感知方法 | 2020-05-15 | 575 |
| 一种连续变量量子密钥分发系统 | 2020-05-13 | 431 |
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，免费查、免费专利分析。
分析报告
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析，涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度，系统通过AI智能系统对图表进行解读，只需1分钟，一键生成行业专利分析报告。
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈