[发明专利]双路即插即用量子密钥分发系统的自适应光路补偿方法

说明书

针对现有双路即插即用量子密钥分发系统中光学器件容易受到外界环境的影响而导致系统不能长时间高效稳定运行的问题，本发明提供一种双路即插即用量子密钥分发系统的自适应光路补偿方法，属于量子通信技术领域。本发明针对Alice端的相位调制器，Bob端的相位调制器及Alice端探测光子的单光子探测器SPD0、SPD1的控制时钟延时进行精确控制与补偿，并分别在启动时和运行过程中进行实时补偿，使量子密钥分发系统能够在每次开机运行前核心光学器件的工作参数处于较好的状态，并且能够维持系统长时间处于一种高效工作的状态，以保持量子密钥分发系统的高效稳定运行。

技术领域

本发明涉及一种量子密钥分发系统，特别涉及一种自适应光路补偿后的量子密钥分发系统，属于量子通信技术领域。

背景技术

量子密钥分发(QKD)利用量子力学的基本原理来实现密钥的安全分发。近年来QKD得到了快速的发展，并逐步进入实用阶段。QKD系统一般分为三部分：物理层、后处理层及控制层。物理层是量子密钥分发系统的基础，负责量子态的制备、传输和测量，生成原始密钥；后处理层的功能是将物理层生成的原始密钥转换为最终安全密钥，包括筛选、误码协商、保密增强和信道认证等过程；控制层负责控制物理层与后处理层的正常工作。

控制层作为QKD系统的重要组成部分在维持系统的高效稳定运行中发挥着重要作用。QKD系统的控制层通常包括时钟信号生成控制、时钟同步控制、信号处理等本领域技术人员已提出了一些控制方案。例如，现有技术中有一种帧格式编码方案来实现信息同步。Park B现有技术中有一种光路补偿算法来保持系统稳定，可以有效地补偿雪崩光电二极管(APD)的计数率随光纤环境的变化。

但实际QKD系统中存在的一些问题还没有很好的解决方案。例如，环境的变化不仅会影响雪崩光电二极管，而且会影响基于相位调制的QKD系统的另一个核心器件——相位调制器；系统不仅在开机时需要保证物理层的单光子探测器和相位调制器处于正常的工作状态，在运行过程中雪崩光电二极管的工作效率也会受到温度的影响而降低。因此对量子密钥分发系统中的核心光学器件进行自适应的参数控制调节对于维持系统长时间的稳定运行是十分必要的。

发明内容

针对现有双路即插即用量子密钥分发系统中光学器件容易受到外界环境的影响而导致系统不能长时间高效稳定运行的问题，本发明提供一种双路即插即用量子密钥分发系统的自适应光路补偿方法。

本发明的一种双路即插即用量子密钥分发系统的自适应光路补偿方法，双路即插即用量子密钥分发系统在启动过程中，所述自适应光路补偿方法包括：

S1、根据系统光路参数计算出每个工作周期内系统中各个核心光学器件的控制时钟延时理论值；单光子探测器SPD0和SPD1分别在量子密钥分发系统中的两路光脉冲P1和P2的相位差为π的偶数倍_、奇数倍时探测到达Bob端的光子；

S2、根据单光子探测器SPD0的探测值大小和S1中计算出的单光子探测器SPD0的控制时钟延时理论值，以该理论值为中心设置单光子探测器SPD0的控制时钟延时调节区间，调节Alice端和Bob端的相位加载模式，使光子到达Bob端时全部分布在单光子探测器SPD0上，在所述单光子探测器SPD0的控制时钟延时调节区间内对单光子探测器SPD0的控制时钟延时进行调节，获取单光子探测器SPD0的探测值最大值对应的控制时钟延时作为单光子探测器SPD0初始工作控制时钟延时，结合单光子探测器SPD0与单光子探测器SPD1工作控制时钟延时的固定差值，确定单光子探测器SPD1初始工作控制时钟延时，验证单光子在单光子探测器SPD0上的探测值是否符合设定的阈值，若是，转入S3，若否，则调节失败；