[0001] 本
申请要求在2018年12月28日提交中国
专利局、申请号为201822240618.1、
发明创造名称为“一种用于量子密钥生成系统的高速位同步装置”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域
[0002] 本实用新型涉及光通讯技术领域，特别涉及一种用于量子通信的位同步装置。
背景技术
[0003] 进入二十一世纪以来，随着互联网的全面推广，全球信息化
水平持续提升，政府、国防、企业、个人对信息安全的关注程度日益增强，对信息安全的需求也与日俱增。近年来，量子密钥分发技术引起了广泛的关注，因为其无条件安全性是由量子
力学的基本原理所保证。国际上许多科研机构对其理论和应用进行了深入研究，同时一些公司也陆续推出了商用化的量子密钥分发产品。
[0004] 在量子密钥分发系统中，发射端通过对量子
信号(
光子)进行编码后发送至接收端，接收端需要确认光子到达的时间，以便使用探测器在最佳时刻进行探测，这一过程即为位同步过程。只有完成位同步过程后，量子密钥分发系统才可以进行后续的协商处理过程产生安全密钥，因此位同步技术对于量子密钥分发系统来说具有重要的作用。
[0005] 相关技术中量子密钥分发系统的位同步装置如图1所示，每个探测器之后各有一个延时单元，每个延时单元后也各有一个位同步处理单元。各个延时单元彼此独立工作，各个位同步单元也各自独立工作。由于各个探测器对应的延时单元和位同步处理单元都是单独部署的，因此位同步装置的集成度较低，导致位同步装置受环境影响时，例如，元器件发热的热量影响，不同探测器以及对应的延时单元、位同步处理单元都环境影响程度不同，从而降低了探测器对量子信号探测的准确度。实用新型内容
[0006] 本申请提供一种用于量子通信的位同步装置，以解决相关技术中位同步装置受环境影响时，不同探测器以及对应的延时单元、位同步处理单元都环境影响程度不同，从而降低探测器对量子信号探测的准确度的问题。
[0007] 本申请提供一种用于量子通信的位同步装置，所述装置包括：至少两个探测器，位同步处理器和延时
控制器；
[0008] 所述探测器的输出端与所述位同步处理器连接，且所述探测器的探测端用于接收量子信号；
[0009] 所述位同步处理器的输出端与所述延时控制器的第一输入端连接；
[0010] 所述延时控制器的输出端的数量与所述探测器的数量相同，且所述延时控制器的输出端与所述探测器对应连接；
[0011] 所述延时控制器的第二输入端用于接收本地
时钟信号。
[0012] 可选地，所述延时控制器包括至少两级延时单元，所述延时单元的级数与所述探测器数量相同；
[0013] 所述延时单元中的第一级延时单元的输入端为所述延时控制器的第二输入端，用于接收所述本地时钟信号；
[0014] 各级延时单元的输出端与各个探测器对应连接，且所述各级延时单元的输出端与下一级延时单元的输入端连接。
[0015] 可选地，所述延时控制器包括至少两级延时单元，所述延时单元的级数与所述探测器数量的差为一；
[0016] 所述延时单元中的第一级延时单元的输入端位所述延时控制器的第二输入端，用于接收所述本地时钟信号，且所述第一级延时单元的输入端与对应探测器连接；
[0017] 各级延时单元的输出端与下一级延时单元的输入端连接，且所述各级延时单元的输出端与各个探测器对应连接。
[0018] 可选地，所述延时控制器中相邻延时单元的间距范围为5毫米至50毫米。
[0019] 可选地，所述装置包括4个所述探测器。
[0020] 可选地，所述探测器为光电
二极管或
雪崩二极管。
[0021] 在本申请中，位同步装置中的各个探测器都对应于同一延时控制器和同一位同步处理器，由相同的延时控制器和位同步处理器来控制探测器。即使受到环境影响，由于仅有一个集成延时控制器和位同步处理器，因此，环境因素对各个探测器影响相同，从而提高了探测器对量子信号探测的准确度，实现精准的位同步。
附图说明
[0022] 为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对
实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0023] 图1是
现有技术中位同步装置的示意图；
[0024] 图2是一示例性实施例示出的一种用于量子通信的位同步装置的示意图；
[0025] 图3A是一示例性实施例示出的一种延时控制器的示意图；
[0026] 图3B是另一示例性实施例示出的一种延时控制器的示意图；
具体实施方式
[0027] 这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附
权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
[0028] 图2是根据一示例性实施例示出的一种用于量子通信的位同步装置的
框图，如图2 所示，该位同步装置包括：至少两个探测器210，位同步处理器220和延时控制器230。
[0029] 每一个探测器210的输出端分别与位同步处理器220连接，而每一个探测器210的探测端用于接收所需要探测的量子信号。在实际应用中，该量子信号体现为一脉冲信号。探测器210通过探测端接收探测量子信号，并将探测的结果即探测脉冲通过输出端发送给位同步处理单元。探测器210可以是PIN
光电二极管，也可以是
雪崩二极管(Avalanche Photodiode，APD)。探测器210的探测时的时钟信号由延时控制器230输出，因此探测器210与延时控制器230对应的输出端相连接。
[0030] 位同步处理器220是用于处理探测器210的探测
采样结果的处理器，例如中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，并根据探测采样结果向延时控制器230输出延时
控制信号，以使得延时控制器230向不同的探测器210输出不同的时钟信号。因此，位同步处理器220输出端与延时控制器230的第一输入端连接，用于传输延时控制信号。位同步处理器230与探测器210的输出端相连接。位同步处理器230有多个输入端口分别于多个探测器的输出端连接。
[0031] 延时控制器230是一个高集成度的延时控
制模块，例如一个高集成度的延时控
制芯片。延时控制器230的第一输入端与位同步处理器220的输出端连接，以接收位同步处理器220输出的延时控制信号。延时控制器230的第二输入端用于接收本地时钟信号。延时控制器230根据位同步处理器220的延时控制信号，对第二输入端接收的本地时钟信号进行延时处理，再将延时后的时钟信号即参考时钟信号输出给探测器210，以使得探测器210根据参考时钟信号进行探测采样。延时控制器230具有多个输出端，每个输出端单独地对应连接一个探测器210。
[0032] 延时控制器230根据接收的本地时钟和位同步处理器220发来的延时控制信号，向探测器210输出参考时钟。探测器210根据延时控制器230输出的参考时钟和自身接收的脉冲信号，将探测脉冲输出至位同步处理器220。位同步处理器220根据接收的探测器210输出的探测脉冲，向延时控制器230输出延时控制信号。如此循环，完成位同步过程。
[0033] 可选地，上述探测器210的个数为4。
[0034] 在一种可能的实时方式中，如图3A所示，其示出了延时控制器230中集成了的延时单元的部分。延时控制器230包括至少两级延时单元，且延时单元的级数与探测器210数量相同。每一个延时单元都对输入自身的时钟信号进行延时处理，并输出一个参考时钟信号。在集成的延时单元中，第一级延时单元231的输入端为延时控制器230的第二输入端，接收没有经过延时的时钟信号。延时控制器230中的各级延时单元的输出端与各个探测器210对应连接。各级延时单元的输出端与各个探测器210之间一一对应，且各级延时单元的输出端与下一级延时单元的输入端连接，即各级延时单元输出的时钟信号是下一级延时单元的
输入信号。
[0035] 在另一种可能的实施方式中，如图3B所示，其示出了延时控制器230中集成了的延时单元的部分。延时控制器230包括至少两级延时单元，且延时单元的级数与探测器210的数量的差为一。每一个延时单元都对输入自身的时钟信号进行延时处理，并输出一个参考时钟信号。在图3B所示的示例中，输入第一级延时单元231的时钟信号被直接输出至第一个探测器，而输入第一级延时单元231的时钟信号即为延时控制器230的第二输入端接收的本地时钟信号。各级延时单元的输出端与下一级延时单元的输入端连接，且各级延时单元的输出端与各个探测器对应连接。
[0036] 在上述两种可能的实施方案中，延时单元之间彼此相连，能够有效避免环境因素带来的不同影响。
[0037] 可选地，在上述两种可能的实施方案中，延时控制器230中的相邻延时单元之间的间距范围为5毫米至50毫米。
[0038] 在本申请实施例中，位同步装置中的各个探测器都对应于同一延时控制器和同一位同步处理器，由相同的延时控制器和位同步处理器来控制探测器。即使受到环境影响，由于仅有一个集成延时控制器和位同步处理器，因此，环境因素对各个探测器影响相同，从而提高了探测器对量子信号探测的准确度，实现精准的位同步。
[0039] 本申请提供了一种用于量子通信的位同步装置，以提高探测器对量子信号探测的准确度。此外，本申请还对该位同步装置的位同步过程进行介绍，以更清楚、更全面地介绍上述位同步装置。需要说明的是，根据实际应用场景和通信条的不同，上述位同步装置实现位同步的过程可能发生变化。因此，对位同步装置的位同步过程的介绍并不对位同步装置造成限定。上述位同步过程如下：
[0040] 量子密钥分发系统的发射端根据
量子信道的信道衰减值设置发送光光强；量子密钥分发系统的接收端根据探测器的特性设置合适的探测器配置参数；量子密钥分发系统的发射端产生位同步标定光并通过量子信道发送至量子密钥分发系统的接收端；量子密钥分发系统的接收端完成分时段扫描过程，位同步处理单元根据扫描结果，得到各个探测器进的最佳延时值；位同步处理单元把第四步得到的最佳延时值发送给延时控制器，延时控制器据此调节各探测器的延时设置，实现高速位同步。
[0041] 各探测器协作完成联合延时搜索范围内的扫描，联合延时搜索范围是根据探测器的延时效率关系和量子密钥分发系统发射端经量子信道发送的脉冲信号光的周期大小确认的：在探测器延时效率曲线的峰值两侧取两个点，这两点对应的延时值的差值等于量子密钥分发系统发射端经量子信道发送的脉冲信号光的周期，这两个延时值之间的延时范围即为联合延时搜索范围。
[0042] 所谓的分时段扫描，即各探测器协作完成联合延时搜索范围的扫描，每个探测器完成部分延时搜索范围内的扫描。具体分时段扫描方式有多种：先粗颗粒度分时段扫描后细颗粒度分时段扫描、直接细颗粒度分时段扫描，以及通过
算法分时段扫描等。
[0043] 以上结合具体实施方式和范例性实例对本申请进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本申请的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本申请精神和范围的情况下，可以对本申请技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本申请的范围内。本申请的保护范围以所附权利要求为准。
