[发明专利]一种用于量子密钥分发系统的高速位同步方法及装置

说明书

本申请提供一种高速位同步方法及装置，其中方法利用并行搜索的思想来降低位同步的建立时间。主要步骤包括：①量子密钥分发系统的发射端设置发送光光强；②量子密钥分发系统的接收端设置探测器配置参数；③量子密钥分发系统的发射端产生位同步标定光，并通过量子信道发送至量子密钥分发系统的接收端；④量子密钥分发系统的接收端完成分时段扫描过程，位同步处理单元得到各个探测器进行探测的最佳延时值；⑤调整各探测器的延时设置，实现位同步。其中用于量子密钥生成系统的位同步装置，包括若干个探测器单元、延时单元和位同步处理单元。

技术领域

本申请涉及量子通信领域，具体涉及一种用于量子密钥分发系统的高速位同步方法及装置。

术语解释：

量子信道:在量子密钥分发系统发射端和接收端之间完成量子信号传输的信道，常见的完成光量子传输的量子信道为光纤或自由空间。

位同步建立时间：是指系统启动或失去同步后重新建立位同步所需花费的最大时间。

延时步进：以延时芯片NB6L295M为例，延时步进指的是该延时芯片的参数delayincrement resolution。

各个探测器之间相对延时值{t₁,t₂,…,t_N}：由于量子密钥分发系统接收端从I/O口处至探测器需经过光学解码模块，如图1所示，光学解码模块内部各个通道的光程通常无法实现完全等长，同时各个探测器模块也无法做到完全一致，这将导致对于同一个光脉冲，各个探测器进行探测的最佳时刻T_i也不是完全一致。各个探测器进行探测的最佳时刻T_i的差值即为各个探测器之间相对延时值。

以接收端有4个单光子探测器为例说明如下：4个探测器进行探测的最佳时刻分别为{T₁，T₂，T₃，T₄}。以探测器1为基准(即t₁＝0)，则探测器2相对于探测器1的相对延时值t₂＝T₂-T₁，探测器3相对于探测器1的相对延时值t₃＝T₃-T₁，探测器4相对于探测器1的相对延时值t₄＝T₄-T₁。

背景技术

进入二十一世纪以来，随着互联网的全面推广，全球信息化水平持续提升，政府、国防、企业、个人对信息安全的关注程度日益增强，对信息安全的需求也与日俱增。与此同时信息安全也面临着越来越严重的威胁，特别是于1994年提出的基于量子计算机的Shor算法，颠覆性得破坏了基于计算复杂度的经典密码学协议的基础。

而近年来，量子密钥分发技术引起了广泛的关注，因为其无条件安全性是由量子力学的基本原理所保证。国际上许多科研机构对其理论和应用进行了深入研究，同时一些公司也陆续推出了商用化的量子密钥分发产品。

在量子密钥分发系统中，发射端通过对量子信号(光子)进行编码后发送至接收端，接收端需要确认光子到达的时间，以便使用探测器在最佳时刻进行探测，这一过程即为位同步过程。

只有完成位同步过程后，量子密钥分发系统才可以进行后续的协商处理过程产生安全密钥，因此位同步技术对于量子密钥分发系统来说具有重要的作用。

对于工作盖革模式下的单光子探测器，目前常见的位同步方案是对于每一个探测器，独立地调节各个探测器门控信号和光子的相对延时，经历一定时间的脉冲积累后，当探测器输出的探测脉冲计数达到最大时，锁定当前该延时值，完成位同步过程。找到该脉冲计数最大值时刻的具体过程如下：

1)量子密钥分发系统的发射端产生位同步标定光并通过量子信道发送至量子密钥分发系统的接收端。