[发明专利]一种用于量子密钥分发系统的时间同步系统及方法

说明书

本发明提出了一种用于量子密钥分发系统的时间同步系统及方法。该方法包括由量子密钥分发系统的发送端发送预设的第一同步光脉冲序列的步骤；对应于第一同步光脉冲序列，量子密钥分发系统的接收端探测到第二同步光脉冲序列的步骤；以及，基于光脉冲在同步光脉冲序列上的出现时间，对第一同步光脉冲序列和第二同步光脉冲序列中在出现时间上重合的光脉冲的数量进行计数，并根据计数来确定发送端和接收端之间的时间同步的步骤；其中，第一同步光脉冲序列包括多个光脉冲，且同步光脉冲序列以最小时间间隔为时间单位。

技术领域

本发明涉及量子通信领域，具体涉及一种用于量子密钥分发系统的时间同步系统及方法。

背景技术

量子通信作为量子力学和电子信息科学、计算机科学完美结合的一个新型研究领域和实用化技术，正日新月异地蓬勃发展。量子密钥分发是量子通信技术中最先实用化的应用。量子密钥分发是利用量子系统来进行信息的制备、传输、接收以及提纯来得到物理原理上不会被别人窃取的安全对称密钥。

由于量子密钥分发协议中含有基矢比对、纠错等过程，为了避免信号错位导致密钥生成失败，要求系统两端能够实现高精度的同步。目前的方案为系统的一端安装一台同步光激光器发射周期性的经典光脉冲信号，另一端探测该光脉冲信号还原时间信息，再与量子光信号进行比对，从而提取出量子光信号的时间信息。如果同步光信号与量子光信号的波长相同，则需要使用不同的光纤进行传输。如果同步光信号与量子光型号的波长不同，则可以利用波分复用技术在相同的光纤中进行传输。

但是由于同步光信号一般需要额外占用一根光纤，即使通过波分复用技术，也需要占用一条波道。在大规模组网的情况下，考虑每一对量子密钥分发系统都需要一束同步光进行同步，非常浪费光纤资源。另外，同步光一般光强较强，在波分复用的情况下，会在光纤中产生斯托克斯或反斯托克斯散射，从而增加单光子探测器的暗计数，产生额外的误码率，降低成码率。由此可知，基于独立同步光的量子密钥分发系统难以进行大规模的量子保密通信的网络化部署。

因此，如何更加有效的完成量子密钥分发系统的同步问题，是目前本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的一个方面提出了一种用于量子密钥分发系统的时间同步系统，其包括设置在所述量子密钥分发系统的发送端的第一时钟、激光器和衰减器，设置在所述量子密钥分发系统的接收端的单光子探测器、时间事件记录器和第二时钟，以及数据处理单元。在所述发送端，所述第一时钟用于在所述发送端产生第一时钟信号，所述激光器基于所述第一时钟信号生成第一同步光脉冲序列，所述第一同步光脉冲序列包括多个光脉冲，并且所述衰减器用于使所述第一同步光脉冲序列中的所述光脉冲的强度衰减至单光子水平。在所述接收端，所述第二时钟用于在所述接收端产生第二时钟信号，所述单光子探测器对到达所述接收端的所述光脉冲进行探测，所述时间事件记录器基于所述单光子探测器输出的探测结果记录所述光脉冲的到达时间。对应于所述第一同步光脉冲序列，所述单光子探测器探测到第二同步光脉冲序列，且所述同步光脉冲序列以最小时间间隔为时间单位；所述数据处理单元基于所述光脉冲在所述同步光脉冲序列上的出现时间，对所述第一同步光脉冲序列和所述第二同步光脉冲序列中在所述出现时间上重合的所述光脉冲的数量进行计数，并根据所述计数来确定所述发送端和所述接收端之间的时间同步。

进一步地，所述数据处理单元还被设置成，将所述第一同步光脉冲序列中的所述最小时间间隔之一与所述第二同步光脉冲序列中的所述最小时间间隔之一在时间上对齐，并基于此对所述第一同步光脉冲序列和所述第二同步光脉冲序列中在所述出现时间上重合的所述光脉冲的数量进行计数。

进一步地，所述数据处理单元进一步设置成改变所述第一同步光脉冲序列或所述第二同步光脉冲序列中用于时间对齐的所述最小时间间隔，并基于此对所述第一同步光脉冲序列和所述第二同步光脉冲序列中在所述出现时间上重合的所述光脉冲的数量进行计数，直至获得所述计数的最大值。

进一步地，所述数据处理单元基于所述计数的最大值确定所述发送端和所述接收端之间的时间同步。