[发明专利]一种时分复用的高速QKD系统及方法

说明书

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。

技术领域

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

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。

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

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。

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。

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。

如上所述的方法，其中所述同步光的周期为T1，5us≤T1≤30us。

如上所述的方法，其中所述量子光的周期为t，5ns≤t≤60ns。

如上所述的方法，其中所述经典光的周期为T2，t≤T2≤T1。

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。