量子密鑰分配系統中同步光的自動標定裝置製造方法
2023-05-11 10:26:31 1
量子密鑰分配系統中同步光的自動標定裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種量子密鑰分配系統中同步光的自動標定裝置，Alice端設置電控光衰減器衰減值D為最大值並觸發同步光雷射器發出N個同步光光脈衝，衰減後傳輸至Bob端光電探測器轉換成電脈衝，Bob端對電脈衝計數；如果電脈衝數量小於同步光光脈衝數量N，則Alice端將電控光衰減器的當前衰減值D減去步進值d，並再次觸發N個同步光光脈衝，如此反覆，直至Bob端計數得到的電脈衝數量等於N，再使衰減值D減去一個固定值然後維持D不變。本實用新型可以做到對同步光自動化的標定，對量子密鑰分配系統在因信道衰減增大丟同步光時，可以重新自動標定，具有很好的自恢復性能，因此具有很好的靈活性和實用性。
【專利說明】量子密鑰分配系統中同步光的自動標定裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種量子密鑰分配系統中的同步光標定裝置及方法，尤其涉及一種量子密鑰分配系統中同步光的自動標定裝置。
【背景技術】
[0002]量子密鑰分配系統基於其物理上絕對安全的特性，是當前信息安全傳輸的最可靠的一種加密方式。目前實用的量子密鑰分配系統多數的原理是基於BB84協議，即在Alice端隨機給一個光子加載編碼信息，在Bob端隨機製備解碼信息，當這個光子成功到達Bob端的單光子探測器後，需進行對基過程，從而生成最後的安全密鑰。由於單個光子的易丟失性，Alice端大量加載了信息的單光子都會在信道中被消耗掉，到達Bob端的只有千分之一甚至更少的光子，這就需要對Alice端的每個單光子進行標記。目前採用的是方法是用的強光對量子信號進行標記，即一個強光脈衝後跟一個單光子信號，保證每組強光脈衝與每組單光子一一對應，在Bob能收到所有的強光脈衝，即可對接收到的單光子信號進行序號標記。標記用的強光脈衝起到與單光子同步的作用，故稱作同步光。
[0003]同步光的光強需要一個合適的強度，較弱的同步光會導致Bob端的強光探頭也即光電探測器無法探測到或是探測丟了光脈衝。較強的同步光，一方面由於過強的光強會導致Bob端的光電探測器的損壞，另一方面當同步光和量子光在同一個信道中傳輸時，較強的同步光會干擾量子光。同步光的光強標定通常做法是經過計算和測量得到一個合適的光強值，在Alice端利用固定光衰減器或手動可調光衰減器將同步光標定成所需的光強值。這樣的做法要求衰減器和量子密鑰分配系統的傳輸信道穩定性好，衰減值固定，如果整個信道上的衰減突變，將會導致量子密鑰分配系統嚴重故障，沒有相應的自恢復能力，所以這種方案的靈活性和實用性較差。
實用新型內容
[0004]本實用新型所要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，提供一種量子密鑰分配系統中同步光的自動標定裝置。本量子密鑰分配系統中同步光的自動標定裝置能夠實現對同步光自動化的標定，即對量子密鑰分配系統在因信道衰減增大丟同步光時，可以重新自動標定，具有很好的自恢復性能，具有更好的靈活性和實用性。
[0005]為實現上述技術目的，本實用新型採取的技術方案為:量子密鑰分配系統中同步光的自動標定裝置，其特徵在於:包括Alice端FPGA模塊、同步光雷射器、電控光衰減器、Bob端FPGA模塊和光電探測器模塊；同步光雷射器和電控光衰減器分別與Al ice端FPGA模塊電連接；電控光衰減器通過量子信道與光電探測器模塊連接，光電探測器模塊與Bob端FPGA模塊電連接，Bob端FPGA模塊通過經典信道與Alice端FPGA模塊連接；
[0006]所述Alice端FPGA模塊設置電控光衰減器的衰減值D為最大值；所述Alice端FPGA模塊還觸發同步光雷射器發出N個同步光光脈衝，所述N個同步光脈衝經過設置好相應衰減值的電控光衰減器，電控光衰減器將衰減後的N個同步光光脈衝經過量子信道發送到Bob端的光電探測器，光電探測器將收到的每個同步光光脈衝轉換成電脈衝送至Bob端FPGA模塊，Bob端FPGA模塊對收到的電脈衝計數，當收到Alice端完成N個光脈衝觸發的信號時停止計數；所述Alice端FPGA模塊和Bob端FPGA模塊經過經典信道通信後，Bob端FPGA模塊將計算出的電脈衝數量與Alice端FPGA模塊觸發的N個同步光光脈衝數量進行比較；如果計算出的電脈衝數量小於同步光光脈衝數量N，則Bob端FPGA模塊發送未找到合適同步光光強信號至Alice端FPGA模塊，Alice端FPGA模塊將電控光衰減器的當前衰減值D減去步進值d，並再次觸發N個同步光光脈衝，所述N個同步光脈衝再次經過設置好衰減值的電控光衰減器，電控光衰減器再次將衰減後的N個同步光光脈衝經過量子信道發送到Bob端的光電探測器，光電探測器再次將收到的每個光脈衝轉換成電脈衝送至Bob端FPGA模塊，Bob端FPGA模塊再次對收到的電脈衝計數，如此反覆減小電控光衰減器的衰減值D，直至Bob端FPGA模塊計數得到的電脈衝數量等於N，得到一個不丟同步光的臨界值1\，即D=W ;當電脈衝數量為N時，所述Alice端FPGA模塊使電控光衰減器D減去一個固定值然後維持臨界值D不變。
[0007]作為本實用新型進一步改進的技術方案，當電脈衝數量為N時，所述Alice端FPGA模塊使電控光衰減器D減去3 db，即D= Df3db。
[0008]本實用新型採取的另一種技術方案為:量子密鑰分配系統中同步光的自動標定方法，其特徵在於包括以下步驟:
[0009]首先，Alice端FPGA模塊設置電控光衰減器的衰減值D為最大值；
[0010]其次，Alice端FPGA模塊觸發同步光雷射器發出N個同步光光脈衝，所述N個同步光脈衝經過設置好相應衰減值的電控光衰減器，電控光衰減器將衰減後的N個同步光光脈衝經過量子信道發送到Bob端的光電探測器，光電探測器將收到的每個同步光光脈衝轉換成電脈衝送至Bob端FPGA模塊，Bob端FPGA模塊對收到的電脈衝計數，當收到Alice端完成N個光脈衝觸發的信號時停止計數；
[0011 ] 步驟三，所述Alice端FPGA模塊和Bob端FPGA模塊經過經典信道通信後，Bob端FPGA模塊將計算出的電脈衝數量與Alice端FPGA模塊觸發的N個同步光光脈衝數量進行比較；
[0012]如果計算出的電脈衝數量小於同步光光脈衝數量N，則Bob端FPGA模塊發送未找到合適同步光光強信號至Alice端FPGA模塊，Alice端FPGA模塊將電控光衰減器的當前衰減值D減去步進值d，並再次觸發N個同步光光脈衝，所述N個同步光脈衝再次經過設置好衰減值的電控光衰減器，電控光衰減器再次將衰減後的N個同步光光脈衝經過量子信道發送到Bob端的光電探測器，光電探測器再次將收到的每個光脈衝轉換成電脈衝送至Bob端FPGA模塊，Bob端FPGA模塊再次對收到的電脈衝計數，如此反覆減小電控光衰減器的衰減值D，直至Bob端FPGA模塊計數得到的電脈衝數量等於N，得到一個不丟同步光的臨界值Dl,即D=W ;當電脈衝數量為N時，所述Alice端FPGA模塊使電控光衰減器D減去一個固定值然後維持臨界值D不變。
[0013]作為本實用新型進一步改進的技術方案，在步驟三中，當電脈衝數量為N時，所述Alice端FPGA模塊使電控光衰減器D減去3 db，即D= DfSdb。
[0014]本實用新型的Alice端FPGA模塊控制同步光雷射器發光並設置電控光衰減器的衰減值，當同步光光脈衝被觸發後，經過設置好的相應衰減值的電控光衰減器，衰減後的同步光光脈衝經過量子信道後到達Bob端FPGA模塊的光電探測器，光電探測器將收到的每個同步光光脈衝轉換成電脈衝送至Bob端FPGA模塊計數，兩端的FPGA經過經典信道通信後，Bob端FPGA模塊分析此次設置的電控衰減器的衰減值是否合適，決定是否再次選擇衰減值重新標定。本實用新型可以做到對同步光自動化的標定，對量子密鑰分配系統在因信道衰減增大丟同步光時，可以重新自動標定，具有很好的自恢復性能，因此具有很好的靈活性和實用性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為本實用新型的結構示意圖。
[0016]圖2為本實用新型的同步光自動標定流程圖。
[0017]下面結合附圖對本實用新型的【具體實施方式】做進一步說明。
【具體實施方式】
[0018]實施例1
[0019]參見圖1，本量子密鑰分配系統中同步光的自動標定裝置，包括Alice端FPGA模塊、同步光雷射器、電控光衰減器、Bob端FPGA模塊和光電探測器模塊；同步光雷射器和電控光衰減器分別與Al ice端FPGA模塊電連接；電控光衰減器通過量子信道與光電探測器模塊連接，光電探測器模塊與Bob端FPGA模塊電連接，Bob端FPGA模塊通過經典信道與Alice端FPGA模塊連接；
[0020]參見圖2，所述Alice端FPGA模塊設置電控光衰減器的衰減值D為最大值；所述Alice端FPGA模塊還觸發同步光雷射器發出N個同步光光脈衝，所述N個同步光脈衝經過設置好相應衰減值的電控光衰減器，電控光衰減器將衰減後的N個同步光光脈衝經過量子信道發送到Bob端的光電探測器，光電探測器將收到的每個同步光光脈衝轉換成電脈衝送至Bob端FPGA模塊，Bob端FPGA模塊對收到的電脈衝計數，當收到Alice端完成N個光脈衝觸發的信號時停止計數；所述Alice端FPGA模塊和Bob端FPGA模塊經過經典信道通信後，Bob端FPGA模塊將計算出的電脈衝數量與Alice端FPGA模塊觸發的N個同步光光脈衝數量進行比較；如果計算出的電脈衝數量小於同步光光脈衝數量N，則Bob端FPGA模塊發送未找到合適同步光光強信號至Alice端FPGA模塊，Alice端FPGA模塊將電控光衰減器的當前衰減值D減去步進值d，並再次觸發N個同步光光脈衝，所述N個同步光脈衝再次經過設置好衰減值的電控光衰減器，電控光衰減器再次將衰減後的N個同步光光脈衝經過量子信道發送到Bob端的光電探測器，光電探測器再次將收到的每個光脈衝轉換成電脈衝送至Bob端FPGA模塊，Bob端FPGA模塊再次對收到的電脈衝計數，如此反覆減小電控光衰減器的衰減值D，直至Bob端FPGA模塊計數得到的電脈衝數量等於N，得到一個不丟同步光的臨界值隊，即D=W ；當電脈衝數量為N時，所述Alice端FPGA模塊使電控光衰減器D減去一個固定值然後維持臨界值D不變。作為優選方案，當電脈衝數量為N時，所述Alice端FPGA模塊使電控光衰減器D減去3 db，即D= DL_3db。
[0021 ] 本實施例中，Al ice端FPGA模塊和Bob端FPGA模塊經過經典信道通信後，分析此次設置的電控衰減器的衰減值是否合適，決定是否再次選擇衰減值重新標定。較強的同步光會損壞Bob端的光電探測器，所以找合適的電控光衰減器衰減值從電控光衰減器的最大衰減值設置，此時量子密鑰分配系統整個的衰減能保證接收端的光電探頭探測到同步光的計數為O。本實用新型的工作流程如圖2所示，Alice端FPGA模塊先設置電控光衰減器模塊初始的最大衰減值，再觸發同步光雷射器發N個光脈衝，當光脈衝發送完畢後，Alice端FPGA模塊發送觸發完成信號至Bob端FPGA ；Bob端FPGA模塊的光電探測器接收Alice端FPGA模塊傳輸過來的光脈衝信號並轉化成電脈衝信號送至Bob端FPGA模塊計數，Bob端FPGA模塊收到Alice端FPGA模塊完成發送N個光脈衝信號後，Bob端FPGA停止對光電探測器的電脈衝進行計數，並判斷當前的計數是否為N，如小於N，Bob端FPGA發送未找到合適同步光光強信號至Alice端FPGA，Alice端設置電控光衰減器當前衰減值Dn減去一步進值山並再次觸發N個同步光光脈衝，Bob端FPGA模塊再次計數，如此反覆減小電控光衰減器，直至Bob端FPGA模塊計數等於Alice端FPGA模塊發送的N個光脈衝，表明當前設置的衰減值是不丟同步光的臨界值DL，當找到此衰減值時，Alice端FPGA模塊設置電控光衰減器的衰減值D=DirSdb,其中3db是一個較好的經驗值。這樣標定的衰減值是一個既不丟同步光也不會干擾量子光的比較合適的光強值，整個自動標定過程完成。
[0022]實施例2
[0023]參見圖2，本量子密鑰分配系統中同步光的自動標定方法，其特徵在於包括以下步驟:
[0024]首先，Alice端FPGA模塊設置電控光衰減器的衰減值D為最大值；
[0025]其次，Alice端FPGA模塊觸發同步光雷射器發出N個同步光光脈衝，所述N個同步光脈衝經過設置好相應衰減值的電控光衰減器，電控光衰減器將衰減後的N個同步光光脈衝經過量子信道發送到Bob端的光電探測器，光電探測器將收到的每個同步光光脈衝轉換成電脈衝送至Bob端FPGA模塊，Bob端FPGA模塊對收到的電脈衝計數，當收到Alice端完成N個光脈衝觸發的信號時停止計數；
[0026]步驟三，所述Alice端FPGA模塊和Bob端FPGA模塊經過經典信道通信後，Bob端FPGA模塊將計算出的電脈衝數量與Alice端FPGA模塊觸發的N個同步光光脈衝數量進行比較；
[0027]如果計算出的電脈衝數量小於同步光光脈衝數量N，則Bob端FPGA模塊發送未找到合適同步光光強信號至Alice端FPGA模塊，Alice端FPGA模塊將電控光衰減器的當前衰減值D減去步進值d，並再次觸發N個同步光光脈衝，所述N個同步光脈衝再次經過設置好衰減值的電控光衰減器，電控光衰減器再次將衰減後的N個同步光光脈衝經過量子信道發送到Bob端的光電探測器，光電探測器再次將收到的每個光脈衝轉換成電脈衝送至Bob端FPGA模塊，Bob端FPGA模塊再次對收到的電脈衝計數，如此反覆減小電控光衰減器的衰減值D，直至Bob端FPGA模塊計數得到的電脈衝數量等於N，得到一個不丟同步光的臨界值Dl,即D=W ;當電脈衝數量為N時，所述Alice端FPGA模塊使電控光衰減器D減去一個固定值然後維持臨界值D不變。作為優選方案，在步驟三中，當電脈衝數量為N時，所述Alice端FPGA模塊使電控光衰減器D減去3 db，即D= DL_3db。
[0028]本實施例中，Al ice端FPGA模塊和Bob端FPGA模塊經過經典信道通信後，分析此次設置的電控衰減器的衰減值是否合適，決定是否再次選擇衰減值重新標定。較強的同步光會損壞Bob端的光電探測器，所以找合適的電控光衰減器衰減值從電控光衰減器的最大衰減值設置，此時量子密鑰分配系統整個的衰減能保證接收端的光電探頭探測到同步光的計數為O。本實用新型的工作流程如圖2所示，Alice端FPGA模塊先設置電控光衰減器模塊初始的最大衰減值，再觸發同步光雷射器發N個光脈衝，當光脈衝發送完畢後，Alice端FPGA模塊發送觸發完成信號至Bob端FPGA ；Bob端FPGA模塊的光電探測器接收Alice端FPGA模塊傳輸過來的光脈衝信號並轉化成電脈衝信號送至Bob端FPGA模塊計數，Bob端FPGA模塊收到Alice端FPGA模塊完成發送N個光脈衝信號後，Bob端FPGA停止對光電探測器的電脈衝進行計數，並判斷當前的計數是否為N，如小於N，Bob端FPGA發送未找到合適同步光光強信號至Alice端FPGA，Alice端設置電控光衰減器當前衰減值Dn減去一步進值山並再次觸發N個同步光光脈衝，Bob端FPGA模塊再次計數，如此反覆減小電控光衰減器，直至Bob端FPGA模塊計數等於Alice端FPGA模塊發送的N個光脈衝，表明當前設置的衰減值是不丟同步光的臨界值隊，當找到此衰減值時，Alice端FPGA模塊設置電控光衰減器的衰減值D=DirSdb,其中3db是一個較好的經驗值。這樣標定的衰減值是一個既不丟同步光也不會干擾量子光的比較合適的光強值，整個自動標定過程完成。
【權利要求】
1.一種量子密鑰分配系統中同步光的自動標定裝置，其特徵在於:包括Alice端FPGA模塊、同步光雷射器、電控光衰減器、Bob端FPGA模塊和光電探測器模塊；同步光雷射器和電控光衰減器分別與Al ice端FPGA模塊電連接；電控光衰減器通過量子信道與光電探測器模塊連接，光電探測器模塊與Bob端FPGA模塊電連接，Bob端FPGA模塊通過經典信道與Alice端FPGA模塊連接； 所述Al ice端FPGA模塊設置電控光衰減器的衰減值D為最大值；所述Al ice端FPGA模塊還觸發同步光雷射器發出N個同步光光脈衝，所述N個同步光脈衝經過設置好相應衰減值的電控光衰減器，電控光衰減器將衰減後的N個同步光光脈衝經過量子信道發送到Bob端的光電探測器，光電探測器將收到的每個同步光光脈衝轉換成電脈衝送至Bob端FPGA模塊，Bob端FPGA模塊對電脈衝計數，當收到Alice端完成N個光脈衝觸發的信號時停止計數；所述Alice端FPGA模塊和Bob端FPGA模塊經過經典信道通信後，Bob端FPGA模塊將計算出的電脈衝數量與Alice端FPGA模塊觸發的N個同步光光脈衝數量進行比較；如果計算出的電脈衝數量小於同步光光脈衝數量N，則Bob端FPGA模塊發送未找到合適同步光光強信號至Alice端FPGA模塊，Alice端FPGA模塊將電控光衰減器的當前衰減值D減去步進值d，並再次觸發N個同步光光脈衝，所述N個同步光脈衝再次經過設置好衰減值的電控光衰減器，電控光衰減器再次將衰減後的N個同步光光脈衝經過量子信道發送到Bob端的光電探測器，光電探測器再次將收到的每個光脈衝轉換成電脈衝送至Bob端FPGA模塊，Bob端FPGA模塊再次對收到的電脈衝計數，如此反覆減小電控光衰減器的衰減值D，直至Bob端FPGA模塊計數得到的電脈衝數量等於N，得到一個不丟同步光的臨界值隊，即D=W ;當電脈衝數量為N時，所述Alice端FPGA模塊使電控光衰減器D減去一個固定值然後維持臨界值D不變。
2.根據權利要求1所述的量子密鑰分配系統中同步光的自動標定裝置，其特徵在於:當電脈衝數量為N時，所述Alice端FPGA模塊使電控光衰減器D減去3 db，即D= Df3db。
【文檔編號】H04L9/08GK204131536SQ201420410888
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年7月24日 優先權日:2014年7月24日
【發明者】章麗, 佘祥勝, 吳平, 張啟發, 苗春華, 劉雲, 趙義博, 韓正甫 申請人:安徽問天量子科技股份有限公司