[发明专利]一种基于锁频技术的本地本振连续变量量子密钥分发系统及方法

说明书

本发明涉及量子保密通信领域，公开了一种基于锁频技术的本地本振连续变量量子密钥分发系统及方法，其中系统包括Alice端、光纤链路以及Bob端；首先，Alice端的第一连续激光源与Bob端的第二连续激光源通过锁频技术完成频率锁定，Alice随后通过时分复用和偏振复用发送调制信号至Bob端，Bob端对接收到的信号进行偏振补偿和偏振解复用后，从中提取同步信号以及调制信号的平衡探测结果，并进行后处理。本发明还公开了该系统的一种具体可行性方法，有效解决传统本地本振系统中恢复数据相位效率低下，无法实时处理数据的问题，为本地本振系统的实用化提供了一种新的方案。

技术领域

本发明属于量子保密通信领域，具体是一种基于锁频技术的本地本振连 续变量量子密钥分发系统及方法。

背景技术

随着量子计算机的问世，传统的经典加密遭受威胁。依据量子不可克隆 定理的量子保密通信技术-量子密钥分发(QKD)技术由此诞生，QKD主要 分为离散变量量子密钥分发(DV-QKD)和连续变量量子密钥分发

(CV-QKD)，与DV-QKD相比，CV-QKD根据电磁场的正交分量来调制信 息，在接收端使用相干探测技术(平衡零差和外差探测)来解调信息，这种 调制解调方式与经典通信中类似，因此可以与现有的经典通信更好的融合， 而且不需要单光子源和单光子探测器等昂贵的设备，在短距离传输下甚至有 更高的安全码率等优势，在近些年来受到广泛的研究和重视。

CV-QKD系统根据本振信号所处的位置在发射端还是接收端可分为随 路本振系统和本地本振系统。大部分的随路本振系统中，本振信号与调制信 号通过时分复用和偏振复用的方式共纤传输到信道中，再由接收端通过平衡 零差探测的方式获取调制信号(Y.C.Zhang,et al.,Continuous-variable QKD over 50km commercial fiber,QuantumSci.Technol.4,035006(2019).)。但由于 近些年针对本振提出了相关攻击，例如本振抖动攻击、本振校准攻击等，导 致随路本振系统产生安全漏洞，降低系统性能。本地本振系统的提出完美的 解决了这些针对本振攻击的漏洞，在本地本振系统中本振放在系统接收端而无需通过信道，一方面避免了针对本振的攻击，另一方面本振的强度得到了 保证，但是随之而来会产生新的问题，两地激光器的频率漂移会增加额外的 相位快漂移，而这部分相位漂移变化很快，很难通过调制信号来补偿，因此 在目前大部分的本地本振系统会在发射端额外生成一导频信号与调制信号 复用进入信道，常见的复用方式有时分复用+偏振复用或频分复用+偏振复用， 通过提取导频信号的相位变化来补偿调制信号的相位。但这会导致相位补偿 的速率大大减慢，并且易受硬件处理速率限制，也无法从中提取同步信号， 所以目前仍未有实时处理的本地本振CV-QKD系统。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种基于锁频技术的本地本振连续变量 量子密钥分发系统及方法，利用锁频技术将两地激光器的拍频控制在一定的 较小范围内，使得无需额外的导频信号来补偿相位快漂移，而只需补偿信道 中的相位慢漂移即可完成相位补偿，同时能提取时钟同步和数据同步的信息 实现实时运算，为推进本地本振系统实用化提供了一种可行方案。

本发明的一种基于锁频技术的本地本振连续变量量子密钥分发系统包 括Alice端、光纤链路以及Bob端，所述的Alice端发射光信号经过光纤链 路并由Bob端接收。

所述Alice端包括第一连续激光源、第一保偏分束器、脉冲调制模块、 第一控制模块、第二保偏分束器、量子调制模块、延时模块、功率衰减模块 以及偏振合束器；所述第一连续激光源的输出端连接第一保偏分束器的输入 端，所述第一保偏分束器输出端的一个端口连接脉冲调制模块，另一端口输 入光纤链路，所述脉冲调制模块与第二保偏分束器连接，输出端的一个端口 经过量子调制模块，产生量子信号，另一个端口则经过延时模块盒功率衰减 模块，产生参考信号，两路信号经过偏振合束器耦合到一起发送至光纤链路。

所述光纤链路包括经典信道和量子信道2部分。