[发明专利]一种高速的量子密钥生成系统同步方法及装置

说明书

本申请提供一种高速的量子密钥生成系统同步方法及装置，其中方法包括，发送方将信号光的第一个光脉冲与同步光的第一个光脉冲对齐，且在每个同步光的周期T_t内控制信号光N个连续的周期内不发光；接收方对接收到的信号光脉冲进行时间测量，信号光在每个周期T_t除去N个连续的不发光的位置，其余相应的位置均有发光，这些发光的位置均可参与T_1i与T_2i的统计过程中，统计时间相对于现有只发单个信号光脉冲的方式降低了数个数量级，只需几百毫秒甚至更短的时间即可完成统计过程。故本申请方法具有硬件处理器消耗少，统计时间短的特点，能够明显改善系统同步过程中所需要消耗的时间，缩短通信系统建立链接所需要的时间。

技术领域

本申请涉及量子通信领域，具体涉及一种高速的量子密钥生成系统同步方法及装置。

背景技术

在量子通信系统中，通信双方以同步信号为时间基准实现信号同步。同步光通常采用低重复频率的光，信号光通常采用高重复频率的光，同步光的相邻两个信号脉冲之间通常有固定个数的信号光的信号脉冲。发送方将同步光的第一个信号脉冲与信号光的第一个信号脉冲对齐，并将同步光和信号光共纤传输给接收方。由于通信系统中的光纤长度、设备差异性、光纤色散等原因，同步光与信号光到达接收方处理单元的时间差不能确定，需要通过标定过程测量其延时差，并在后续的处理过程中利用该测定的延时差对信号光进行处理，从而完成通信双方的同步过程。

现有的同步过程如图1以及如图2所示的示意图，其步骤如下：(1)发送方将信号光的第一个信号脉冲与同步光的第一个信号脉冲对齐，且信号光在同步光的相邻两个信号脉冲之间不发光，信号光的脉冲信号形式如图1实线所示的信号光示意图。(2)接收方在每个同步光的周期内只能接收到一个信号光的信号脉冲，并对该信号脉冲的到达时间进行统计，得出最终的延时差T₀。最后利用T₀对信号光脉冲进行时间修正，完成通信双方同步功能。

然而，实际同步过程中由于量子密钥生成系统中的探测器为门控探测器，只有门控制探测器开门的时间与光子到达时间精确同步，才能确保门控制探测器有最优的探测效率。例如门控制探测器的开门时间为1～2ns，信号光的脉宽基本约为500ps，因此当同步的误差较大时，则探测到的信号光的脉宽会超出门控制探测器开门的时间，该信号光的脉冲不会被探测到，从而使得探测的误差较大。除此之外，量子密钥生成系统中还包括时间滤波窗口，该窗口的作用是通过时间维度进行滤波，一般该时间滤波窗口的宽度约为1ns，若当同步的误差较大时，探测到的信号光的脉宽会超出时间滤波窗口的宽度，该处的信号光就会被认为是噪声波而被舍弃。因此，为了精确的同步，则需要统计的误差小于1％，而统计误差的计算公式为由此可知需要至少统计10000个有效值。

但是，现有的方案在完成信号光到达时间的统计过程中，由于统计误差需要控制在1％以内，需要在较长的时间。这是因为现有的方案每个同步光的信号脉冲周期内只输出一个信号光的信号脉冲，这就意味着信号光的信号脉冲发光重复频率只有10⁵每秒量级，由于量子通信系统中的信号光出口光强通常在单光子水平，并且由于传输链路衰减以及探测效率等原因，使得系统中信号光的衰减通常在30dB以上，即只有小于千分之一的单光子会被接收方探测到，则接收方每秒探测到小于100个有效值，至少需要100秒的时间才能统计到10000个有效值。因此，同步标定过程需要的时间过长，导致通信系统初始化时间过长，通信系统建立链接所需要的时间长。