[发明专利]一种信息同步方法和装置

说明书

本发明公开了一种信息同步方法，应用于量子密钥分发系统，包含三个步骤：第一步延时计算：计算信号光从发射端传输到接收端的时延；第二步帧同步：通过经典信道进行帧同步，即确定帧；第三步帧内位置同步：根据第一步计算得到的传输时延，对量子信道上的量子信号光进行帧内位置同步，即确定帧内第几个脉冲。本发明还公开了一种信息同步装置。本发明相比现有技术具有以下优点：1、不需要发送额外的同步光，连接系统两端的光纤中只传输一个波长的光信号，即只占用一个信道。2、系统接收端不需要使用波分复用器件，直接采用单光子探测器进行探测，节省了器件。3、通过三个步骤完成系统两端同步的方案，实现效率高。

技术领域

本发明涉及量子保密通信领域，特别是提供了一种适用于量子密钥分发系统的同步方法。

背景技术

量子密钥分发(Quantum Key Distribution，QKD)与经典密钥体系的根本不同在于其采用单个光子或纠缠光子对作为密钥的载体，由量子力学的基本原理保证了该过程的不可窃听、不可破译性，从而提供了一种更为安全的密钥体系。目前，利用纠缠光子对实现量子密钥分发的技术距离产品化、实用化还有一定的距离，所以现有商用QKD系统多采用基于单光子实现的量子密钥分发技术。

以偏振编码为例，基于单光子实现的量子密钥分发基本过程是：

1)发射端Alice随机发送一串具有不同偏振态的光子；

2)接收端Bob随机选用测量基矢进行接收，由于探测器的效率和路径衰减问题，Bob不能探测到所有的光子信号，只能随机的在一些位置上探测到光子；

3)Bob通知Alice他在探测到光子位置上使用的是哪一种基矢；

4)Alice比对自己发送使用的基矢和Bob测量使用的基矢，若两者一致，则保留该位置上的信息，并且通知Bob哪些位置使用的基矢是正确的；

5)Bob同样保留测量基矢正确位置上的信息；

6)这样，Alice和Bob就共享了一串随机的数据(基矢比对后的密钥)，然后经过纠错和保密增强等处理过程，最终完成在两端分发一串安全密钥。

由上述过程可以看出，在量子密钥分发过程中，Alice和Bob需要进行基矢比对的过程，即比对Alice在某一个位置上发送光子所使用的基矢和Bob在探测这一位置的光子所使用的基矢是否一致。为了保证Alice和Bob在同一个位置上进行基矢比对，系统两端的同步就显得尤其重要。

现有QKD系统的同步方法一般采用单独发射同步光的方案。同步光的频率比量子信号光的频率低很多，例如量子信号光发射频率为40MHz，同步光频率为100KHz。参照图1所示，发射端以同步光作为参考，两个同步光之间的量子信号光组成一帧并编号。接收端Bob可以连续接收到同步光脉冲，根据对同步光的编号即可确定探测到的量子信号属于第几帧。并且在发射端，量子信号光的光脉冲以固定的频率连续发送，相邻两个光脉冲之间具有固定的时隙。所以Bob以接收到的同步光作为参考，测量某一探测到的量子信号光与其之间的距离，即可确定出该量子信号是帧中的第几个，从而完成Alice与Bob之间的同步。

现有单独发射同步光的同步方案，系统发射端Alice需要设置同步光的波长不同于系统的量子信号光，然后通过波分复用，和量子信号光耦合在一根光纤中传输到系统接收端Bob。例如现有申请号为201010108798.3的专利《一种用于量子密钥分发的同步装置及同步方法》即采用这种同步方法。

使用独立同步光的方案，需要增加额外的同步光激光器，首先增加了系统成本。另外同步光波长与量子信号光波长不同，传输过程中需要增加一个信道。因此若不使用同步光，仅使用量子信号光完成同步相对于现有使用同步光的方案会有明显的进步与优势。