[发明专利]高速连续变量量子密钥分发系统及其位帧同步方法

权利要求书

1.一种高速连续变量量子密钥分发系统，其特征在于，包括发送方和接收方，发送方包括第一控制部分和第一光路部分，接收方包括第二控制部分和第二光路部分，第一光路部分包括激光源、第一分束器、第一电光相位调制器、电光幅度调制器以及第一偏振耦合器，激光源在控制电路的作用下生成脉冲光，经第一分束器得到量子信号光和本振光，分光比为一的光路得到量子信号光，经第一电光相位调制器的调制和电光幅度调制器的调制进随机数，通过第一偏振耦合器与本振光合成一路进入量子信道；第一控制部分包括第一真随机数生成控制电路、第一模拟电压输出控制电路以及时钟触发电路，第一真随机数生成控制电路生成真随机数，通过第一模拟电压输出控制电路输出到电光幅度调制器中制备高斯随机数，时钟触发电路生成系统时钟供系统使用；第二光路部分包括第二偏振耦合器、第二电光相位调制器、第二分束器以及平衡零差检测器，来自于量子信道的光信号通过第二偏振耦合器得到量子光信号和本振光信号，然后在第二分束器中发生干涉，通过平衡零差检测器得到量子信息；第二控制部分包括模拟电压输入控制电路、第二模拟电压输出控制电路以及第二真随机数生成控制电路，模拟电压输入控制电路与平衡零差检测器相连，用于接收数据信息；第二模拟电压输出控制电路驱动第二电光相位调制器，完成随机选择测量基的功能，第二真随机数生成控制电路用于生成随机选择测量机所需的真随机数。

2.一种高速连续变量量子密钥分发系统的位帧同步方法，其特征在于，所述高速连续变量量子密钥分发系统的位帧同步方法包括以下步骤：

步骤一，发送方生成一组特殊数据作为同步帧；

步骤二，发送方通过量子信道把相干态发送给接收方，同时，发送方通过经典信道把特殊数据的结构信息告知接收方；

步骤三，接收方使用平衡零差检测器测量相干态的位移分量；

步骤四，根据步骤一从经典信道获得的特殊数据的结构信息，接收方选定合适的交替电压判定阈值和帧同步段判定阈值来判定同步帧；

步骤五，若在规定的时间里，接收方都没有搜寻到同步帧，则同步失败，此时接收方需要调整交替电压判定阈值的取值和帧同步段判定阈值的取值，然后重新通信；

所述同步帧包括K个位同步段和一个帧同步段，K为正整数；

所述位同步段由N个电压值为V_π与0的交替电压紧跟N个电压值从0到V_π的阶梯电压、相邻两个点的电压差为V_π/(N-1)构成，帧同步段由2N个电压值为V_π与0的交替电压构成，其中N为正整数；

所述接收方通过先判定位同步段，然后再判定帧同步段，最后界定出有效通信数据实现同步；

所述接收方判定位同步段的条件为数据中出现N位电压差值为ΔV的交替电压紧跟N位阶梯电压，其中ΔV＞α×2|x|，2|x|为平衡零差检测器检测相位相差V_π的相干态的正则分量的最大差值，α为交替电压判定阈值；

所述接收方判定帧同步段的条件为根据判定出位同步段后所生成的大小为2N的滑动窗口中出现交替电压总次数n＞β*2N，β为帧同步段判定阈值；

所述高速连续变量量子密钥分发系统的位帧同步方法根据位同步段重复次数K和位同步段中交替电压的交替次数N，计算出在高速连续变量量子密钥分发系统中通信双方实现同步所需的实际时间t，实际时间的计算公式如下式：

t=2N(K+1)f]]>

其中，f为系统的重复频率。