[发明专利]基于时隙交织主动偏振补偿的量子密钥分发系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种偏振编码量子密钥分发系统及方法，具体涉及一种能够实现实时通信的基于时隙交织主动偏振补偿的量子密钥分发系统及方法，属于量子保密通信、信息安全等技术领域。

背景技术

量子密钥分配技术（QKD）能够为合法的用户提供无条件安全交换密钥，在通信信息安全等领域有着广泛的应用。量子通信信号在传统的单模光纤上传输时，由于光纤上存在双折射效应，会显著改变量子信号的偏振态，对通信效果造成干扰。因此必须采用主动偏振补偿技术（APC）使量子通信信号能够保持一个稳定的偏振态。传统上，有三种适用于QKD系统的主动偏振补偿方法。

第一种被称为“中断法”，是通过中断通信来对通信信号的偏振态进行补偿。Cheng. Z. P, Jun. Z, Dong. Y等的《Experimental long-distance decoy-state quantum key distribution based on polarization》文中和Chen. J, Wu. G, Li. Y, Wu. E的《Active polarization stabilization in optical fibers suitable for quantum key distribution》文章中均对这种方法做了研究。但是，由于通信不断被中断，这种方法通信的效率很低。

第二种方法是Xavier. G.B, Walenta. N, De Faria. G. V等在《Experimental polarization encoded quantum key distribution over optical fibres with real-time continuous birefringence compensation》一文中提出的基于波分复用的主动偏振补偿方法。它能够在不中断通信的前提下，通过临近波长的参考光测算双折射延迟，锁定光子的偏振态。但是，这种方法非常占用通信带宽，并且受限于波长的相干特性，偏振态的补偿并不是很精确。

第三种方法采用时分复用技术，以Chen. J, Wu. G, Xu. L, Gu. X等在《Stable quantum key distribution with active polarization control based on time-division》文中所述的方法最为典型。这种方法采用的参考光信号和量子信号都是同一波长，相干性好。因此，偏振态补偿的精度高。但是，这种方法要求参考信号的强度在单光子量级，以避免参考信号直接轰击SPAD，导致暗计数率剧增；并且，在偏振补偿过程中需要对参考光信号进行大量的累加求和，会降低通信速度，难以实现高速实时通信。

因此，需要一种能够实现高效率、高精度、实时通信的量子密钥分配系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种能够实现高效率、高精度、实时通信的基于时隙交织主动偏振补偿技术的偏振编码量子密钥分发系统及方法。本发明同时具有高通信效率、低暗计数率和量子误码率等优点，是实现量子密钥分配（QKD）的有效方法。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

基于时隙交织主动偏振补偿的量子密钥分发系统，包括发送方和接收方，所述发送方将密钥信息发送至接收方，所述发送方包括：发送端，用于产生控制信号；光信号发生模块，接收发送端的控制信号后产生通信脉冲信号，所述通信脉冲信号包括参考光脉冲信号和量子脉冲信号；偏振调制器，接收所述通信脉冲信号后进行偏振编码；同步信号发生器，接收发送端的控制信号后产生同步信号；波分复用模块，将所述通信脉冲信号和同步信号波分复用；所述接收方包括：解波分复用模块，根据接收的波分复用后的信号分离出通信脉冲信号和同步信号；同步信号接收器，对接收的同步信号进行处理，获取每个通信脉冲信号到达的时间信息和类型信息；偏振解调器，对接收到的通信脉冲信号的偏振态进行主动补偿和选择解调基进行偏振解码；信号检测模块，检测所述解码后的通信脉冲信号区分参考光脉冲信号和量子脉冲信号，将所述参考光脉冲信号和量子脉冲信号作为检测结果发送；接收端，用于接收所述检测结果获取密钥信息。

作为本发明的一种优选技术方案：所述光信号发生模块包括依次连接的激光器、电光调制器、可变光衰减器、耦合器。