CN107135066B - 一种原始密钥恢复装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例涉及量子通信领域，尤其涉及一种原始密钥恢复装置和方法，用于更加简单且准确的从接收到的量子光信号中恢复出原始密钥。本发明实施例中，传输光信号中包括参考光信号和量子光信号，通过本振光信号对传输光信号进行分光处理和相干耦合，得到至少两路相干耦合后光信号，进而对包括参考光信号的第一相干耦合后光信号和包括量子光信号的第二相干耦合后光信号分别进行光电转换和放大，得到第一电信号和第二电信号，进而分别从第一电信号中得到本振光信号和参考光信号之间的相位频率信息，以及根据相位频率信息从第二电信号中恢复出原始密钥，可见，该方案无需对发送装置和接收装置的两路光纤长度差进行严格的等长控制，降低了技术难度。

Description

一种原始密钥恢复装置和方法
技术领域
本发明实施例涉及量子通信领域，尤其涉及一种原始密钥恢复装置和方法。
背景技术
随着网络技术的快速发展，大量敏感信息需要通过网络传输，人们需要对敏感信息进行保护以免丢失或遭到攻击。加密是保障信息安全的重要手段之一，现有经典加密体系是建立在计算复杂度基础之上的，其存在被破译的可能。经典密码体制中，只有一次一密具有无条件安全性，而如何产生大量的随机数密钥一直是个难题，量子密钥分配(QuantumKey Distribution，简称QKD)技术的出现解决了这个难题。
QKD具体是以量子态作为信息单元，利用量子力学的一些原理来传输和保护信息，通常把通信双方以量子态为信息载体，利用量子力学原理，通过量子信道传输，在保密通信双方之间建立共享密钥。其安全性是由量子力学中的“海森堡测不准关系”及“单量子不可复制定理”或纠缠粒子的相干性和非局域性等量子特性来保证的。
图1示例性示出了一种量子通信适用的系统结构示意图。如图1所示，包括发送装置101和接收装置102，发送装置中包括主控单元103、量子发送机104、同步时钟发送机105、协商信息收发机106、业务信息发送机107，接收装置中包括主控单元108、量子接收机109、同步时钟接收机110、协商信息收发机111、业务信息接收机112。发送装置通过量子发送机向接收装置的量子接收机发送携带有原始密钥的量子光信号，以使接收装置从量子光信号中恢复出原始量子密钥。发送装置通过同步时钟发送机向接收装置的同步时钟接收机发送同步时钟信号，以使接收装置实现与发送装置的时钟同步。发送装置通过协商信息收发机与接收装置的协商信息收发机之间相互发送和接收协商信息，以使发送装置和接收装置根据协商信息从原始量子密钥中确定出最终量子密钥。发送装置通过业务信息发送机向接收装置额业务信息接收机发送业务信息。
量子密钥分配过程，具体是指发送装置将原始密钥携带于量子光信号中，并将该量子光信号发送给接收装置，接收装置接收到该量子光信号之后，从该量子光信号中恢复出原始密钥，进一步通过发送装置与接收装置的协商，从原始密钥中确定出最终所使用的密钥。
现有技术中，发送装置产生本振光信号，并将本振光信号和量子光信号在同一根光纤传送，此时，接收装置若要准确恢复出原始密钥，则需要严格保证该本振光信号和该量子光信号到达2:2耦合器的输入端时间，也就是说，接收装置需要对该本振光信号和该量子光信号所经过的路径做严格的等长控制，该技术方案在工程化使用中难度非常高。
综上，亟需一种原始密钥恢复装置和方法，用于更加简单且准确的从接收到的量子光信号中恢复出原始密钥。
发明内容
本发明实施例提供一种原始密钥恢复装置和方法，用于更加简单且准确的从接收到的量子光信号中恢复出原始密钥。
本发明实施例提供一种原始密钥恢复装置，包括相干耦合单元，以及与相干耦合单元连接的参考光平衡探测单元和量子光平衡探测单元，与参考光平衡探测单元连接的载波恢复单元，与量子光平衡探测单元连接的密钥恢复单元；载波恢复单元与密钥恢复单元连接：
相干耦合单元，用于根据本振光信号，对接收到的传输光信号进行分光处理和相干耦合，得到至少两路相干耦合后光信号；其中，传输光信号中包括参考光信号和量子光信号；至少两路相干耦合后光信号中包括至少一个第一相干耦合后光信号和至少一个第二相干耦合后光信号；每个第一相干耦合后光信号中至少包括参考光信号；每个第二相干耦合后光信号中至少包括量子光信号；
参考光平衡探测单元，用于对至少一个第一相干耦合后光信号进行光电转换和放大，得到至少一个第一电信号，并将至少一个第一电信号传输给载波恢复单元；
量子光平衡探测单元，用于对至少一个第二相干耦合后光信号进行光电转换和放大，得到至少一个第二电信号，并将至少一个第二电信号传输给密钥恢复单元；
载波恢复单元，用于从至少一个第一电信号中确定出本振光信号和参考光信号之间的相位频率信息，并将相位频率信息发送给密钥恢复单元；
密钥恢复单元，用于根据接收到的相位频率信息，从至少一个第二电信号中恢复出原始密钥。
由于传输光信号中包括参考光信号和量子光信号，而且通过本振光信号对传输光信号进行分光处理和相干耦合，得到至少两路相干耦合后光信号，进而对包括参考光信号的第一相干耦合后光信号和包括量子光信号的第二相干耦合后光信号分别进行光电转换和放大，得到第一电信号和第二电信号，进而分别从第一电信号中得到本振光信号和参考光信号之间的相位频率信息，以及根据相位频率信息从第二电信号中恢复出原始密钥，可见，该方案无需对发送装置和接收装置的两路光纤长度差进行严格的等长控制，降低了技术难度。
可选地，参考光平衡探测单元所包括的跨阻放大器的放大倍数小于量子光平衡探测单元所包括的跨阻放大器的放大倍数。
可选地，所述参考光平衡探测单元的带宽，高于所述量子光平衡探测单元的带宽；所述参考光平衡探测单元的增益，低于所述量子光平衡探测单元的增益。
进一步，本发明实施例中可以将第一相干耦合后光信号和第二相干耦合后光信号分别进行放大，此时将第一相干耦合后光信号对应的放大倍数调小，以使从第一电信号中确定出本振光信号和参考光信号之间的相位频率信息；将第二相干耦合后光信号对应的放大倍数调大，以使从至少一个第二电信号中恢复出原始密钥。从而，可更加精确的根据第一相干耦合后光信号，从参考光信号中恢复出相位频率信息，也可更加精确的根据第二相干耦合后光信号，从量子光信号中恢复出原始密钥。
可选地，还包括与载波恢复单元和相干耦合单元连接的本振单元，用于：
接收载波恢复单元发送的相位频率信息；
根据接收到的相位频率信息，生成本振光信号，并将本振光信号发送给相干耦合单元。
如此，可更加准确的为用于对传输光信号进行相干耦合的本振光信号进行调制，也就是说，根据接收到的相位频率信息，生成本振光信号更加准确，进而在密钥恢复单元根据相干耦合后量子光信号恢复出原始密钥时会更加准确。
可选地，若传输光信号通过一个偏振态传输，则传输光信号包括时分复用的参考光信号和量子光信号；且相干耦合单元包括第一分光单元，以及与第一分光单元连接的第一耦合单元和第二耦合单元，第一耦合单元与参考光平衡探测单元连接，第二耦合单元与量子光平衡探测单元连接：
本振单元，具体用于：
将本振光信号分为两路第一子本振光信号，并将两路第一子本振光信号分别发送给第一耦合单元和第二耦合单元；
第一分光单元，用于接收传输光信号，将传输光信号进行分光处理，得到两路分光处理后光信号，并将两路分光处理后光信号分别输入给第一耦合单元和第二耦合单元；
第一耦合单元，用于使用接收到的两路第一子本振光信号中的一路第一子本振光信号对接收到的两路分光处理后光信号中的一路分光处理后光信号进行相干耦合，得到至少两路相干耦合后光信号中的一路相干耦合后光信号；
第二耦合单元，用于使用接收到的两路第一子本振光信号中的另一路第一子本振光信号对接收到的两路分光处理后光信号中的另一路分光处理后光信号进行相干耦合，得到至少两路相干耦合后光信号中的另一路相干耦合后光信号。
可选地，若传输光信号通过一个偏振态传输，则传输光信号包括时分复用的参考光信号和量子光信号；且相干耦合单元包括第三耦合单元，以及与第三耦合单元连接的第二分光单元和第三分光单元，第二分光单元连接参考光平衡探测单元和量子光平衡探测单元，第三分光单元连接参考光平衡探测单元和量子光平衡探测单元：
第三耦合单元，用于使用本振光信号对传输光信号进行相干耦合，并将进行相干耦合后得到的光信号分为两路，得到两路第一相干后光信号，并将两路第一相干后光信号分别输入给第二分光单元和第三分光单元；
第二分光单元，用于将接收到的两路第一相干后光信号中的一路第一相干后光信号进行分光处理，得到一个在该路第一相干后光信号中占比为第一比例的第一相干后光信号，以及一个占比为第二比例的第一相干后光信号；其中第一比例与第二比例的和为1；
第三分光单元，用于将接收到的两路第一相干后光信号中的另一路第一相干后光信号进行分光处理，得到一个在该路第一相干后光信号中占比为第一比例的第一相干后光信号，以及一个占比为第二比例的第一相干后光信号；
其中，两个在每路第一相干后光信号中占比为第一比例的第一相干后光信号作为两路相干耦合后光信号中的一路相干耦合后光信号，两个在每路第一相干后光信号中占比为第二比例的第一相干后光信号作为两路相干耦合后光信号中的另一路相干耦合后光信号。
通过上述两种方式，可见，即使传输光信号通过一个偏振态传输，且传输光信号包括时分复用的参考光信号和量子光信号，也可以将第一相干耦合后光信号和第二相干耦合后光信号分别进行放大，此时将第一相干耦合后光信号对应的放大倍数调小，以使从第一电信号中确定出本振光信号和参考光信号之间的相位频率信息；将第二相干耦合后光信号对应的放大倍数调大，以使从至少一个第二电信号中恢复出原始密钥。
可选地，若传输光信号通过N个偏振态传输，N为大于1的整数，则：
相干耦合单元包括偏振分光单元，以及与偏振分光单元连接的子相干耦合单元，子相干耦合单元连接参考光平衡探测单元和量子光平衡探测单元；
偏振分光单元，用于通过偏振分光处理将传输光信号分为N路光信号，并对至少(N-1)路光信号进行偏振旋转，输出偏振态相同的N路初始光信号；其中一路初始光信号对应一个偏振态；
子相干耦合单元，用于根据接收到的本振光信号对N路初始光信号中的每路初始光信号至少进行相干耦合，输出至少N路相干耦合后光信号。
可选地，N路初始光信号至少包括两路包括时分复用的参考光信号和量子光信号的初始光信号；
或者
N路初始光信号至少包括以下内容中的任两项：
包括时分复用的参考光信号和量子光信号的初始光信号、包括参考光信号的初始光信号、包括量子光信号的初始光信号。
可选地，子相干耦合单元，具体用于：
当N路初始光信号中至少包括一路包括参考光信号的初始光信号时，使用在本振光信号中占比为第三比例的本振光信号对该路包括参考光信号的初始光信号进行相干耦合，得到包括参考光信号的一路相干耦合后光信号；
当N路初始光信号中至少包括一路包括量子光信号的初始光信号时，使用在本振光信号中占比为第四比例的本振光信号对该路包括量子光信号的初始光信号进行相干耦合，得到包括量子光信号的一路相干耦合后光信号；
当N路初始光信号中包括至少一路包括时分复用的参考光信号和量子光信号的初始光信号时，使用在本振光信号中占比为第五比例的本振光信号对一路包括时分复用的参考光信号和量子光信号的初始光信号进行相干耦合和分光处理，得到两路相干耦合后光信号；其中，两路相干耦合后光信号中的每路相干耦合后光信号中包括参考光信号和量子光信号。
可选地，当N路初始光信号中包括至少一路包括时分复用的参考光信号和量子光信号的初始光信号时：
本振单元，具体用于：
将本振光信号中占比为第五比例的本振光信号分为两路第二子本振光信号，并将两路第二子本振光信号发送给子相干耦合单元；
子相干耦合单元，具体用于：
将该路包括时分复用的参考光信号和量子光信号的初始光信号进行分光处理，得到两路分光处理后初始光信号；
使用接收到的两路第二子本振光信号分别对两路分光处理后初始光信号中的每路分光处理后初始光信号进行相干耦合，得到至少两路相干耦合后光信号中的两路相干耦合后光信号；其中，一路本振光信号对应一路分光处理后初始光信号。
可选地，在N路初始光信号中包括至少一路包括时分复用的参考光信号和量子光信号的初始光信号时，具体用于：
使用在本振光信号中占比为第五比例的本振光信号，对包括时分复用的参考光信号和量子光信号的初始光信号进行相干耦合，并将进行相干耦合后得到的光信号分为两路，得到两路第二相干后光信号；
对两路第二相干后光信号中的每路第二相干后光信号进行分光处理，得到两个在每路第二相干后光信号中占比为第六比例的第二相干后光信号，以及两个占比为第七比例的第二相干后光信号；其中第六比例与第七比例的和为1；
其中，两个在每路第二相干后光信号中占比为第六比例的第二相干后光信号为两路相干耦合后光信号中的一路相干耦合后光信号；两个在每路第二相干后光信号中占比为第七比例的第二相干后光信号为两路相干耦合后光信号中的另一路相干耦合后光信号。
可选地，载波恢复单元包括与参考光平衡探测单元连接的第一模数转换器ADC单元，和与第一ADC单元连接的第一处理单元；
第一ADC单元，用于接收至少一个第一电信号，并对至少一个第一电信号中的每个第一电信号进行采样量化，得到参考信号采样序列，并将参考信号采样序列发送给第一处理单元；每个第一相干耦合后光信号中包括的参考光信号在对应的第一电信号中对应的电信号幅值处于第一ADC单元的第一预设幅值范围内；
第一处理单元，用于根据接收到的参考信号采样序列，确定出本振光信号和参考光信号之间的相位频率信息，并将相位频率信息发送给密钥恢复单元。
可选地，密钥恢复单元包括与量子光平衡探测单元连接的第二ADC单元，和与第二ADC单元连接的第二处理单元；
第二ADC单元，用于接收至少一个第二电信号，并对至少一个第二电信号中的每个第二电信号进行采样量化，得到量子信号采样序列，并将量子信号采样序列发送给第二处理单元；每个第二相干耦合后光信号中包括的量子光信号在对应的第二电信号中对应的电信号幅值处于第二ADC单元的第二预设幅值范围内；
第二处理单元，用于根据接收到的量子信号采样序列，以及接收到的相位频率信息，恢复出原始密钥。
可选地，还包括与相干耦合单元连接的偏振控制单元，用于：
接收传输光信号，并将接收到的传输光信号的偏振态调整为固定值；
将偏振态为固定值的传输光信号发送给相干耦合单元。
可选地，本振光信号包括用于对传输光信号中的参考光信号进行拟合的第一本振光信号，以及用于对传输光信号中的量子光信号进行拟合的第二本振光信号；
第一本振光信号的相位为预设的固定相位值中的一个；第二本振光信号的相位为预设的固定相位值中的随机值。
通过上述方案，可见，传输光信号通过N个偏振态传输时，可以通过参考光平衡探测单元和量子光平衡探测单元分别进行处理，进而可以对参考光平衡探测单元和量子光平衡探测单元的参数分别进行设置，比如将包括参考光信号的光信号对应的放大倍数调小，以使从第一电信号中确定出本振光信号和参考光信号之间的相位频率信息；将将包括量子光信号的光信号对应的放大倍数调大，以使从至少一个第二电信号中恢复出原始密钥。
本发明实施例提供一种原始密钥恢复方法，包括：
根据本振光信号，对接收到的传输光信号进行分光处理和相干耦合，得到至少两路相干耦合后光信号；其中，传输光信号中包括参考光信号和量子光信号；至少两路相干耦合后光信号中包括至少一个第一相干耦合后光信号和至少一个第二相干耦合后光信号；每个第一相干耦合后光信号中至少包括参考光信号；每个第二相干耦合后光信号中至少包括量子光信号；
对至少一个第一相干耦合后光信号进行光电转换和放大，得到至少一个第一电信号；对至少一个第二相干耦合后光信号进行光电转换和放大，得到至少一个第二电信号；
从至少一个第一电信号中确定出本振光信号和参考光信号之间的相位频率信息；根据接收到的相位频率信息，从至少一个第二电信号中恢复出原始密钥。
可选地，对至少一个第一相干耦合后光信号进行光电转换和放大的放大倍数小于对至少一个第二相干耦合后光信号进行光电转换和放大的放大倍数。
可选地，对至少一个第一相干耦合后光信号进行光电转换和放大的平衡探测接收机的带宽，高于对至少一个第二相干耦合后光信号进行光电转换和放大的平衡探测接收机的带宽；对至少一个第一相干耦合后光信号进行光电转换和放大的平衡探测接收机的增益，低于对至少一个第二相干耦合后光信号进行光电转换和放大的平衡探测接收机的的增益。
本发明实施例中，可以将第一相干耦合后光信号和第二相干耦合后光信号分别进行放大，此时将第一相干耦合后光信号对应的放大倍数调小，以使从第一电信号中确定出本振光信号和参考光信号之间的相位频率信息；将第二相干耦合后光信号对应的放大倍数调大，以使从至少一个第二电信号中恢复出原始密钥。从而，可更加精确的根据第一相干耦合后光信号，从参考光信号中恢复出相位频率信息，也可更加精确的根据第二相干耦合后光信号，从量子光信号中恢复出原始密钥。
可选地，根据本振光信号，对接收到的传输光信号进行分光处理和相干耦合，得到至少两路相干耦合后光信号之前，还包括：
根据相位频率信息，生成本振光信号。
可选地，若传输光信号通过一个偏振态传输，则传输光信号包括时分复用的参考光信号和量子光信号；且：
根据本振光信号，对接收到的传输光信号进行分光处理和相干耦合，得到至少两路相干耦合后光信号，包括：
接收传输光信号，将传输光信号进行分光处理，得到两路分光处理后光信号；
将本振光信号分为两路第一子本振光信号，使用两路第一子本振光信号中对两路分光处理后光信号分别进行相干耦合，得到至少两路相干耦合后光信号；其中，一路第一子本振光信号对应一路分光处理后光信号。
可选地，若传输光信号通过一个偏振态传输，则传输光信号包括时分复用的参考光信号和量子光信号；且：
根据本振光信号，对接收到的传输光信号进行分光处理和相干耦合，得到至少两路相干耦合后光信号，包括：
使用本振光信号对传输光信号进行相干耦合，并将进行相干耦合后得到的光信号分为两路，得到两路第一相干后光信号；
将接收到的两路第一相干后光信号中的一路第一相干后光信号进行分光处理，得到一个在该路第一相干后光信号中占比为第一比例的第一相干后光信号，以及一个占比为第二比例的第一相干后光信号；其中第一比例与第二比例的和为1；
将接收到的两路第一相干后光信号中的另一路第一相干后光信号进行分光处理，得到一个在该路第一相干后光信号中占比为第一比例的第一相干后光信号，以及一个占比为第二比例的第一相干后光信号；
其中，两个在每路第一相干后光信号中占比为第一比例的第一相干后光信号作为两路相干耦合后光信号中的一路相干耦合后光信号，两个在每路第一相干后光信号中占比为第二比例的第一相干后光信号作为两路相干耦合后光信号中的另一路相干耦合后光信号。
可选地，若传输光信号通过N个偏振态传输，N为大于1的整数，则：
根据本振光信号，对接收到的传输光信号进行分光处理和相干耦合，得到至少两路相干耦合后光信号，包括：
通过偏振分光处理将传输光信号分为N路光信号，并对至少(N-1)路光信号进行偏振旋转，输出偏振态相同的N路初始光信号；其中一路初始光信号对应一个偏振态；
根据接收到的本振光信号对N路初始光信号中的每路初始光信号至少进行相干耦合，输出至少N路相干耦合后光信号。
可选地，N路初始光信号至少包括两路包括时分复用的参考光信号和量子光信号的初始光信号；
或者
N路初始光信号至少包括以下内容中的任两项：
包括时分复用的参考光信号和量子光信号的初始光信号、包括参考光信号的初始光信号、包括量子光信号的初始光信号。
可选地，根据接收到的本振光信号对N路初始光信号中的每路初始光信号至少进行相干耦合，输出至少N路相干耦合后光信号，包括：
当N路初始光信号中至少包括一路包括参考光信号的初始光信号时，使用在本振光信号中占比为第三比例的本振光信号对该路包括参考光信号的初始光信号进行相干耦合，得到包括参考光信号的一路相干耦合后光信号；
当N路初始光信号中至少包括一路包括量子光信号的初始光信号时，使用在本振光信号中占比为第四比例的本振光信号对该路包括量子光信号的初始光信号进行相干耦合，得到包括量子光信号的一路相干耦合后光信号；
当N路初始光信号中包括至少一路包括时分复用的参考光信号和量子光信号的初始光信号时，使用在本振光信号中占比为第五比例的本振光信号对一路包括时分复用的参考光信号和量子光信号的初始光信号进行相干耦合和分光处理，得到两路相干耦合后光信号；其中，两路相干耦合后光信号中的每路相干耦合后光信号中包括参考光信号和量子光信号。
可选地，使用在本振光信号中占比为第五比例的本振光信号对一路包括时分复用的参考光信号和量子光信号的初始光信号进行相干耦合和分光处理，得到两路相干耦合后光信号，包括：
将该路包括时分复用的参考光信号和量子光信号的初始光信号进行分光处理，得到两路分光处理后初始光信号；
将本振光信号中占比为第五比例的本振光信号分为两路第二子本振光信号；使用两路第二子本振光信号分别对两路分光处理后初始光信号中的每路分光处理后初始光信号进行相干耦合，得到至少两路相干耦合后光信号中的两路相干耦合后光信号；其中，一路本振光信号对应一路分光处理后初始光信号。
可选地，使用在本振光信号中占比为第五比例的本振光信号对一路包括时分复用的参考光信号和量子光信号的初始光信号进行相干耦合和分光处理，得到两路相干耦合后光信号，包括：
使用在本振光信号中占比为第五比例的本振光信号，对包括时分复用的参考光信号和量子光信号的初始光信号进行相干耦合，并将进行相干耦合后得到的光信号分为两路，得到两路第二相干后光信号；
对两路第二相干后光信号中的每路第二相干后光信号进行分光处理，得到两个在每路第二相干后光信号中占比为第六比例的第二相干后光信号，以及两个占比为第七比例的第二相干后光信号；其中第六比例与第七比例的和为1；
其中，两个在每路第二相干后光信号中占比为第六比例的第二相干后光信号为两路相干耦合后光信号中的一路相干耦合后光信号；两个在每路第二相干后光信号中占比为第七比例的第二相干后光信号为两路相干耦合后光信号中的另一路相干耦合后光信号。
可选地，从至少一个第一电信号中确定出本振光信号和参考光信号之间的相位频率信息，包括：
接收至少一个第一电信号，并对至少一个第一电信号中的每个第一电信号进行采样量化，得到参考信号采样序列；每个第一相干耦合后光信号中包括的参考光信号在对应的第一电信号中对应的电信号幅值处于第一预设幅值范围内；
根据接收到的参考信号采样序列，确定出本振光信号和参考光信号之间的相位频率信息。
可选地，根据接收到的相位频率信息，从至少一个第二电信号中恢复出原始密钥，包括：
接收至少一个第二电信号，并对至少一个第二电信号中的每个第二电信号进行采样量化，得到量子信号采样序列；每个第二相干耦合后光信号中包括的量子光信号在对应的第二电信号中对应的电信号幅值处于第二预设幅值范围内；
根据接收到的量子信号采样序列，以及接收到的相位频率信息，恢复出原始密钥。
可选地，根据本振光信号，对接收到的传输光信号进行分光处理和相干耦合，得到至少两路相干耦合后光信号之前，还包括：
接收传输光信号，并将接收到的传输光信号的偏振态调整为固定值。
可选地，本振光信号包括用于对传输光信号中的参考光信号进行拟合的第一本振光信号，以及用于对传输光信号中的量子光信号进行拟合的第二本振光信号；
第一本振光信号的相位为预设的固定相位值中的一个；第二本振光信号的相位为预设的固定相位值中的随机值。
本发明实施例中，根据本振光信号，对接收到的传输光信号进行分光处理和相干耦合，得到至少两路相干耦合后光信号；其中，传输光信号中包括参考光信号和量子光信号；至少两路相干耦合后光信号中包括至少一个第一相干耦合后光信号和至少一个第二相干耦合后光信号；每个第一相干耦合后光信号中至少包括参考光信号；每个第二相干耦合后光信号中至少包括量子光信号；对至少一个第一相干耦合后光信号进行光电转换和放大，得到至少一个第一电信号；对至少一个第二相干耦合后光信号进行光电转换和放大，得到至少一个第二电信号；从至少一个第一电信号中确定出本振光信号和参考光信号之间的相位频率信息；根据接收到的相位频率信息，从至少一个第二电信号中恢复出原始密钥。由于传输光信号中包括参考光信号和量子光信号，而且通过本振光信号对传输光信号进行分光处理和相干耦合，得到至少两路相干耦合后光信号，进而对包括参考光信号的第一相干耦合后光信号和包括量子光信号的第二相干耦合后光信号分别进行光电转换和放大，得到第一电信号和第二电信号，进而分别从第一电信号中得到本振光信号和参考光信号之间的相位频率信息，以及根据相位频率信息从第二电信号中恢复出原始密钥，可见，该方案无需对发送装置和接收装置的两路光纤长度差进行严格的等长控制，降低了技术难度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍。
图1为现有技术中提供的一种量子通信适用的系统结构示意图；
图2a为本发明实施例适用的一种系统结构示意图；
图2b为本发明实施例适用的一种系统结构示意图；
图3a为本发明实施例提供的一种原始密钥恢复装置的结构示意图；
图3b为本发明实施例提供的另一种原始密钥恢复装置的结构示意图；
图3c为本发明实施例提供的另一种原始密钥恢复装置的结构示意图；
图4a为本发明实施例提供的一种传输光信号的结构示意图；
图4b为本发明实施例提供的另一种原始密钥恢复装置的结构示意图；
图4c为本发明实施例提供的另一种原始密钥恢复装置的结构示意图；
图5a为本发明实施例提供的另一种传输光信号的结构示意图；
图5b为本发明实施例提供的另一种传输光信号的结构示意图；
图5c为本发明实施例提供的另一种传输光信号的结构示意图；
图5d为本发明实施例提供的另一种原始密钥恢复装置的结构示意图；
图5e为本发明实施例提供的另一种原始密钥恢复装置的结构示意图；
图5f为本发明实施例提供的另一种原始密钥恢复装置的结构示意图；
图5g为本发明实施例提供的另一种原始密钥恢复装置的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的一种原始密钥恢复方法的流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例中，原始密钥恢复装置包括于接收装置中，用于在接收装置侧通过更加简单且准确的方法，从接收到的量子光信号中恢复出原始密钥。原始密钥恢复装置包括但不限于基站、站控制器、接入点(Access Point，简称AP)、或任何其它类型的能够在无线环境中工作的接口装置。
图2a示例性示出了本发明实施例适用的一种系统结构示意图，图2b示例性示出了本发明实施例适用的另一种系统结构示意图。
如图2a所示，本发明实施例适用的系统架构中节点A仅包括发送装置1101，节点B仅包括接收装置1102，接收装置1102中包括原始密钥恢复装置1103。此系统架构称为单向系统架构。节点A处的发送装置1101将原始密钥携带于量子光信号中，并发送给接收装置1102，接收装置1102中包括的原始密钥恢复装置1103从该量子光信号中恢复出原始密钥，进而发送装置1101和接收装置1102从原始密钥中通过协商确定出最终量子密钥。进一步，节点A处的发送装置1101接收输入的业务信息，使用最终量子密钥对业务信息进行加密过程，得到一个加密信号，向接收装置1102发送该加密信号。接收装置1102接收到该加密信号之后，使用相同的最终量子密钥进行解密过程，将该业务信息解密并输出，并通过经典信道向发送装置1101发送信息。
具体实施中，业务通常是双向的，比如语音、视频通话等业务。在双向进行的业务中，每个节点都需要加密和解密处理，相应地每个节点都需要一套QKD系统。如图2b所示，本发明实施例适用的系统架构中节点A包括发送装置1201和接收装置1203，接收装置1203中包括原始密钥恢复装置1205。节点B包括接收装置1202和发送装置1204，接收装置1202中也包括一个原始密钥恢复装置1206。发送装置1201和接收装置1202是一对，发送装置1204和接收装置1203是一对。此系统架构称为双向系统架构。该系统架构下可实现多种信息传输方式，以发送装置1201和接收装置1202这一对为例进行介绍，比如：
节点A处的发送装置1201将原始密钥携带于量子光信号中，并发送给接收装置1202，接收装置1202的原始密钥恢复装置1206从该量子光信号中恢复出原始密钥，进而发送装置1201和接收装置1202从原始密钥中通过协商确定出最终量子密钥。
节点A处的发送装置1201使用最终量子密钥对接收到的业务信息进行加密，进而向节点B处的接收装置1202发送该加密后的业务信息。接收装置1202使用相同的最终量子密钥进行解密，并输出该业务信息。接收装置1202通过经典信道向发送装置1201发送信息。或者接收装置1202通过发送装置1204和接收装置1203向发送装置1201反馈信息。
本发明实施例适用于QKD技术。QKD技术包括离散变量量子密钥分配(DiscreteVariable-Quantum Key Distribution，简称DV-QKD)和连续变量量子密钥分配(Continuous Variable-Quantum Key Distribution，简称CV-QKD)。CV-QKD由于其不需要工作于低温的单光子探测器，因而在工程中受到了更广泛的应用，因此本发明实施例优选地适用于CV-QKD技术。
本发明实施例中所提到的相干耦合、光电转换和放大都是相干通信的技术术语。本发明实施例中，相干通信的工作原理具体为：发送装置采用外调制方式将信号调制到光载波上进行传输。当发送装置的传输光信号传输至接收装置时，接收装置将接收到的传输光信号与一个本振光信号进行相干耦合，然后由平衡探测器进行探测，也可描述为使用平衡接收机进行探测。相干光通信根据本振光信号的频率与传输光信号的频率不等或相等，可分为外差检测和零差检测。
基于上述系统架构，针对接收装置如何从量子光信号中恢复出原始密钥这一重要问题，提供一种可能的解决方案：
发送装置向接收装置发送传输光信号，传输光信号中包括时分复用的参考光信号和量子光信号。接收装置接收到该传输光信号之后，接收装置通过相干通信技术，使用一个本振光信号对传输光信号进行相干耦合和探测，之后将该进行相干耦合和探测的光信号通过光电转换技术转换为电信号，并将该电信号进行放大，将放大后的电信号输入至模数转换器(Analog-to-Digital Converter，简称ADC)中，从而可从该电信号中参考光信号的对应部分确定出本振光信号和参考光信号之间的相位频率信息，之后依据该相位频率信息，又从该电信号中量子光信号的对应部分恢复出原始密钥。
申请人发现，该解决方案中，一方面，为了从传输光信号的量子光信号中恢复出原始密钥，需要采用高精度ADC对放大后的电信号中的量子光信号对应部分做高位宽采样量化。即，为了保证ADC能够从放大后的电信号中的量子光信号对应部分恢复出原始密钥，需要保证放大后的电信号中的量子光信号对应部分的电信号幅度与该ADC的预设幅度范围匹配。另一方面，为了从传输光信号的参考光信号中确定出本振光信号和参考光信号之间的相位频率信息，需要保证放大后的电信号中的参考光信号对应部分的电信号的幅度与该ADC的预设幅度范围匹配。
可见，上述解决方案中，将转换为电信号的光信号放大M倍，M为大于零的数，此时，转换为电信号中的量子光信号和参考光信号中的对应部分均被放大M倍。一种情况下，将M设置为一个较大的数，以保证放大后的电信号中的量子光信号的幅度与该ADC的预设幅度范围匹配，此时由于光信号中包括的参考光信号的光强度原本就比量子光信号的光强度高很多，因此，此时放大后的电信号中的参考光信号对应部分处于饱和态，位于参考光信号上的相位频率信息和频率信息会丢失，从而无法从参考光信号中确定出本振光信号和参考光信号之间的相位频率信息。另一种情况下，将M设置为一个较小的数，以保证放大后的电信号中的参考光信号的幅度与该ADC的预设幅度范围匹配，此时由于光信号中包括的参考光信号的光强度原本就比量子光信号的光强度高很多，因此，此时放大后的电信号中的量子光信号是一个极弱的信号，从而无法从量子光信号中恢复出原始密钥。
针对上述问题，本发明实施例提供一种原始密钥恢复装置与方法，由于传输光信号中包括参考光信号和量子光信号，而且通过本振光信号对传输光信号进行分光处理和相干耦合，得到至少两路相干耦合后光信号，进而对包括参考光信号的第一相干耦合后光信号和包括量子光信号的第二相干耦合后光信号分别进行光电转换和放大，得到第一电信号和第二电信号，进而分别从第一电信号中得到本振光信号和参考光信号之间的相位频率信息，以及根据相位频率信息从第二电信号中恢复出原始密钥。也就是说，可以将第一相干耦合后光信号和第二相干耦合后光信号分别进行放大，此时将第一相干耦合后光信号对应的放大倍数调小，以使从第一电信号中确定出本振光信号和参考光信号之间的相位频率信息；将第二相干耦合后光信号对应的放大倍数调大，以使从至少一个第二电信号中恢复出原始密钥。可见，本发明实施例中所提供的方法成功解决了上述解决方案中出现的问题。下面将对本发明实施例进行更加详细的描述。
图3a示例性示出了本发明实施例提供的一种原始密钥恢复装置的结构示意图。
基于上述系统架构以及相关论述，如图3a所示，本发明实施例提供的一种原始密钥恢复装置，包括相干耦合单元3101，以及与相干耦合单元3101连接的参考光平衡探测单元3102和量子光平衡探测单元3103，与参考光平衡探测单元3102连接的载波恢复单元3104，与量子光平衡探测单元3103连接的密钥恢复单元3105；载波恢复单元3104与密钥恢复单元3105连接：
相干耦合单元3101，用于根据本振光信号，对接收到的传输光信号进行分光处理和相干耦合，得到至少两路相干耦合后光信号；其中，传输光信号中包括参考光信号和量子光信号；至少两路相干耦合后光信号中包括至少一个第一相干耦合后光信号和至少一个第二相干耦合后光信号；每个第一相干耦合后光信号中至少包括参考光信号；每个第二相干耦合后光信号中至少包括量子光信号；传输光信号具体是指发送装置向接收装置所传输的光信号；
参考光平衡探测单元3102，用于对至少一个第一相干耦合后光信号进行光电转换和放大，得到至少一个第一电信号，并将至少一个第一电信号传输给载波恢复单元3104；可选地，参考光平衡探测单元3102可包括参考光平衡探测器，或者包括参考光平衡探测接收机；
量子光平衡探测单元3103，用于对至少一个第二相干耦合后光信号进行光电转换和放大，得到至少一个第二电信号，并将至少一个第二电信号传输给密钥恢复单元3105；可选地，量子光平衡探测单元3103可包括量子光平衡探测器，或者包括量子光平衡探测接收机；
载波恢复单元3104，用于从至少一个第一电信号中确定出本振光信号和参考光信号之间的相位频率信息，并将相位频率信息发送给密钥恢复单元3105；可选地，相位频率信息可包括本振光信号和参考光信号之间的相位差和频率差等信息；
密钥恢复单元3105，用于根据接收到的相位频率信息，从至少一个第二电信号中恢复出原始密钥。
具体来说，本发明实施例中密钥恢复单元3105根据接收到的相位频率信息，从第二电信号中恢复出原始密钥的工作原理为：经过探测得到参考光信号和本振光信号之间的相位频率信息，比如相位差，之后将参考光信号和本振光信号之间的相位频率信息发送给本振单元，以使本振单元根据参考光信号和本振光信号之间的相位频率信息估算出量子光信号和本振光信号之间的估算相位频率信息，进而使用量子光信号和本振光信号之间的估算相位频率信息对用于对量子光信号进行相干耦合的本振光信号进行调制相位补偿，并使用调制后的本振光信号与量子光信号进行相干耦合，密钥恢复单元进一步结合载波恢复单元反馈的相位频率信息进行补偿，从相干耦合后的量子光信号中恢复出原始密钥。
本发明实施例中由于传输光信号中包括参考光信号和量子光信号，而且通过本振光信号对传输光信号进行分光处理和相干耦合，得到至少两路相干耦合后光信号，进而对包括参考光信号的第一相干耦合后光信号和包括量子光信号的第二相干耦合后光信号分别进行光电转换和放大，得到第一电信号和第二电信号，进而分别从第一电信号中得到本振光信号和参考光信号之间的相位频率信息，以及根据相位频率信息从第二电信号中恢复出原始密钥。
可选地，参考光平衡探测单元所包括的跨阻放大器的放大倍数小于量子光平衡探测单元所包括的跨阻放大器的放大倍数。
可选地，所述参考光平衡探测单元的带宽，高于所述量子光平衡探测单元的带宽；所述参考光平衡探测单元的增益，低于所述量子光平衡探测单元的增益。
本发明实施例中，可以将第一相干耦合后光信号和第二相干耦合后光信号分别进行放大，此时将第一相干耦合后光信号对应的放大倍数调小，以使从第一电信号中确定出本振光信号和参考光信号之间的相位频率信息；将第二相干耦合后光信号对应的放大倍数调大，以使从至少一个第二电信号中恢复出原始密钥。从而，可更加精确的根据第一相干耦合后光信号，从参考光信号中恢复出相位频率信息，也可更加精确的根据第二相干耦合后光信号，从量子光信号中恢复出原始密钥。
图3b示例性示出了本发明实施例提供的另一种原始密钥恢复装置的结构示意图。如图3b所示，原始密钥恢复装置除了包括相干耦合单元3101，以及与相干耦合单元3101连接的参考光平衡探测单元3102和量子光平衡探测单元3103，与参考光平衡探测单元3102连接的载波恢复单元3104，与量子光平衡探测单元3103连接的密钥恢复单元3105之外，还包括与载波恢复单元3104和相干耦合单元3101连接的本振单元3201，用于：
接收载波恢复单元发送的相位频率信息；根据接收到的相位频率信息，生成本振光信号，并将本振光信号发送给相干耦合单元。
可选地，本振光信号包括用于对传输光信号中的参考光信号进行拟合的第一本振光信号，以及用于对传输光信号中的量子光信号进行拟合的第二本振光信号；第一本振光信号的相位为预设的固定相位值中的一个；第二本振光信号的相位为预设的固定相位值中的随机值。
图3c示例性示出了本发明实施例提供的另一种原始密钥恢复装置的结构示意图。如图3c所示，原始密钥恢复装置除了包括相干耦合单元3101，以及与相干耦合单元3101连接的参考光平衡探测单元3102和量子光平衡探测单元3103，与参考光平衡探测单元3102连接的载波恢复单元3104，与量子光平衡探测单元3103连接的密钥恢复单元3105之外，还包括与相干耦合单元3101连接的偏振控制单元3301，用于接收传输光信号，并将接收到的传输光信号的偏振态调整为固定值；将偏振态为固定值的传输光信号发送给相干耦合单元。
具体来说，发送装置通过光纤向原始密钥恢复装置传输一个传输光信号，该传输光信号先进入到偏振控制单元3301中，进入到该偏振控制单元3301中的传输光信号的偏振状态是实时变化的，此时，通过偏振控制单元3301，可实时跟踪并调整该传输光信号的偏振状态，以使输出至相干耦合单元3101的传输光信号具有确定的偏振状态，进而保证输出至相干耦合单元3101的传输光信号与本振光信号的偏振态完全一致。可选地，偏振控制单元3301可为动态偏振控制器。
图3c示例性示出了本发明实施例提供的另一种原始密钥恢复装置的结构示意图。如图3c所示，在图3a的基础上增加了一种可能的载波恢复单元的内部结构示意图，以及密钥恢复单元的内部结构示意图。
如图3c所示，载波恢复单元3104包括与参考光平衡探测单元3102连接的第一ADC单元3302，和与第一ADC单元3302连接的第一处理单元3303；
第一ADC单元3302，用于接收至少一个第一电信号，并对至少一个第一电信号中的每个第一电信号进行采样量化，得到参考信号采样序列，并将参考信号采样序列发送给第一处理单元3303；每个第一相干耦合后光信号中包括的参考光信号在对应的第一电信号中对应的电信号幅值处于第一ADC单元3302的第一预设幅值范围内；
第一处理单元3303，根据接收到的参考信号采样序列，确定出本振光信号和参考光信号之间的相位频率信息，并将相位频率信息发送给密钥恢复单元3105。
如图3c所示，密钥恢复单元3105包括与量子光平衡探测单元3103连接的第二ADC单元3304，和与第二ADC单元3304连接的第二处理单元3305；可选地，第一处理单元3303与第二处理单元3305连接；
第二ADC单元3304，用于接收至少一个第二电信号，并对至少一个第二电信号中的每个第二电信号进行采样量化，得到量子信号采样序列，并将量子信号采样序列发送给第二处理单元3305；每个第二相干耦合后光信号中包括的量子光信号在对应的第二电信号中对应的电信号幅值处于第二ADC单元3304的第二预设幅值范围内；
第二处理单元3305，根据接收到的量子信号采样序列，以及接收到的相位频率信息，恢复出原始密钥。
具体实施中，第一ADC单元3302可包括一个或多个ADC，第二ADC单元3304可包括一个或多个ADC。第一ADC单元3302的第一预设幅值范围为第一ADC单元3302中包括的ADC可以进行采样量化的一个幅值范围，第二ADC单元3304的第二预设幅值范围为第二ADC单元3304中包括的ADC可以进行采样量化的一个幅值范围。
本发明实施例中，发送装置所发送的光信号可通过一个偏振态发送，也可通过多个偏振态发送，针对不同的情况，本发明实施例分别对原始密钥恢复装置进行介绍。
情况一：传输光信号通过一个偏振态传输。
若传输光信号通过一个偏振态传输，则传输光信号包括时分复用的参考光信号和量子光信号。图4a示例性示出了本发明实施例提供的一种传输光信号的结构示意图。如图4a所示，横坐标为时间轴4101，纵坐标为光强度4102，可选地，在时间上间隔发送量子光信号4103和参考光信号4104。可选地，也可连续发送几个参考光信号4104之后发送一个量子光信号4103，或者连续发送几个量子光信号4103之后再发送一个参考光信号4104，本发明实施例中对时分复用的参考光信号和量子光信号的具体形式不做限制。
在传输光信号通过一个偏振态传输时，相干耦合单元可包括多种形式，下面列举以下实施例a1和实施例a2两个可选地的实施例。
实施例a1
可选地，若传输光信号通过一个偏振态传输，则传输光信号包括时分复用的参考光信号和量子光信号；且相干耦合单元包括第一分光单元，以及与第一分光单元连接的第一耦合单元和第二耦合单元，第一耦合单元与参考光平衡探测单元连接，第二耦合单元与量子光平衡探测单元连接：
本振单元，具体用于：
将本振光信号分为两路第一子本振光信号，并将两路第一子本振光信号分别发送给第一耦合单元和第二耦合单元；
第一分光单元，用于接收传输光信号，将传输光信号进行分光处理，得到两路分光处理后光信号，并将两路分光处理后光信号分别输入给第一耦合单元和第二耦合单元；
第一耦合单元，用于使用接收到的两路第一子本振光信号中的一路第一子本振光信号对接收到的两路分光处理后光信号中的一路分光处理后光信号进行相干耦合，得到至少两路相干耦合后光信号中的一路相干耦合后光信号；
第二耦合单元，用于使用接收到的两路第一子本振光信号中的另一路第一子本振光信号对接收到的两路分光处理后光信号中的另一路分光处理后光信号进行相干耦合，得到至少两路相干耦合后光信号中的另一路相干耦合后光信号。
为了更清楚的介绍实施例a1的具体原始密钥恢复装置的结构，以及工作原理，图4b示例性示出了本发明实施例提供的一种原始密钥恢复装置的结构示意图。如图4b所示，相干耦合单元3101包括第一分光单元4206，以及与第一分光单元4206连接的第一耦合单元4207和第二耦合单元4208，第一耦合单元4207与参考光平衡探测单元3102连接，第二耦合单元4208与量子光平衡探测单元3103连接。
具体来说，第一分光单元4206的输入端连接偏振控制单元301，第一分光单元4206的两个输出端分别连接第一耦合单元4207和第二耦合单元4208，第一耦合单元4207的两个输入端分别连接第一分光单元4206和本振单元3201中的本振分光单元4205，第二耦合单元4208的两个输入端分别连接第一分光单元4206和本振单元3201中的本振分光单元4205。第一耦合单元4207的两个输出端分别连接参考光平衡探测单元3102，第二耦合单元4208的两个输出端分别连接量子光平衡探测单元3103。可选地，第一耦合单元4207和第二耦合单元4208均可为2:2的耦合器，第一分光单元4206可为一个分光器。
如图4b所示，本振单元3201包括本振激光器4201，与本振激光器4201连接的脉冲整形调制器4202、与脉冲整形调制器4202连接的相位调制器4204，以及同时与相位调制器4204和脉冲整形调制器4202连接的信号产生器4203；信号产生器4203与载波恢复单元3104中的第一处理单元3303连接；本振单元3201中还包括本振分光单元4205，本振分光单元4205一端与相位调制器4204连接，另一端与第一耦合单元4207和第二耦合单元4208连接。本振分光单元4205可为一个分光器。
下面基于图4b所示的原始密钥恢复装置的结构示意图，详细描述原始密钥恢复装置的工作流程。
如图4b所示，发送装置通过光纤向原始密钥恢复装置传输一个传输光信号，该传输光信号先进入到偏振控制单元3301中，偏振控制单元3301，实时跟踪并调整该传输光信号的偏振状态，以使输出至第一分光单元4206的传输光信号具有确定的偏振状态，进而保证输出至第一分光单元4206的传输光信号与本振光信号的偏振态完全一致。偏振控制单元3301将偏振态固定的传输光信号输入至第一分光单元4206的一个输入端中。
本振激光器4201向脉冲整形调制器4202输出连续的本振光脉冲，脉冲整形调制器4202对接收到的连续的本振光脉冲进行调制，并向相位调制器4204输出脉冲光，相位调制器4204对接收到的脉冲光进行进一步的相位调制后，向本振分光单元输出带相位频率信息的本振光信号，由于相干耦合单元包括第一耦合单元4207和第二耦合单元4208，第一耦合单元4207和第二耦合单元4208需要分别进行相干耦合的操作，因此第一耦合单元4207和第二耦合单元4208均需要本振光信号，基于此，本振分光单元将接收到的本振光信号分为两路第一子本振光信号，并将两路第一子本振光信号分别发送给第一耦合单元4207和第二耦合单元4208。
具体来说，本振单元3201仅仅需要输出一个本振光信号时，本振单元通过本振单元3201的相位调制器4204直接向相干耦合单元3101输出一个本振光信号即可。如果本振单元3201需要输出多个子本振光信号，则本振单元3201的相位调制器4204需要连接本振分光单元4205，本振分光单元4205连接相干耦合单元3101，此时，本振单元3201的相位调制器4204将本振光信号输出给本振分光单元4205，本振分光单元4205将本振光信号信号分为多个子本振光信号，之后并将分开的多个子本振光信号输出给相干耦合单元3101。具体来说，本振单元3201中的本振分光单元4205将子本振光信号传输给相干耦合单元3101中的耦合器。
举个例子，比如第一分光器将接收到的偏振控制单元3301输入的传输光信号分为在该传输光信号中占比10％的传输光信号和占比90％的传输光信号，则本振分光单元将接收到的相位调制器4204输入的本振光信号也分为两路第一子本振光信号，其中一路第一子本振光信号在该本振光信号中占比10％，另一路第一子本振光信号在该本振光信号中占比90％。可选地，本振分光单元的分光比例也可与第一分光器的分光比例不同，本发明实施例中不做具体限制。
信号产生器4203用于生成输入到脉冲整形调制器4202的电脉冲信号，以及输入到相位调制器4204的相位调制信号，以使脉冲整形调制器4202根据接收到的电脉冲信号对接收到的连续的本振光脉冲进行调制，相位调制器4204根据接收到的相位调制信号对接收到的脉冲光进行相位调制。
可选地，偏振控制单元3301接收到的传输光信号中包括参考光信号和量子光信号，第一耦合单元4207和第二耦合单元4208分别使用两路第一子本振光信号对传输光信号进行拟合时，针对两路第一子本振光信号中的每路第一子本振光信号，每路第一子本振光信号中均包括用于对传输光信号中的参考光信号进行拟合的第一本振光信号，以及用于对传输光信号中的量子光信号进行拟合的第二本振光信号。也就是说，本振单元3201的相位调制器4204所输出的本振光信号包括时分复用的第一本振光信号和第二本振光信号。
第一本振光信号的相位为预设的固定相位值中的一个；第二本振光信号的相位为预设的固定相位值中的随机值。预设的固定相位值比如可为0和π/2。第一本振光信号的相位为预设的固定相位值中的一个具体是指第一本振光信号的相位均为0，或者均为π/2；第二本振光信号的相位为预设的固定相位值中的随机值具体是指第二本振光信号的相位此刻可为0，下一个时间可为π/2，或者下一个时间内又为0。
具体来说，第一本振光信号的相位为预设的固定相位值中的一个，可使得在2:2耦合器输入端的偏振控制单元3301所输入的光信号和第一本振光信号之间保持一个固定的差值，比如固定为0或固定为π/2。第二本振光信号的相位为预设的固定相位值中的随机值，可使得在2:2耦合器输入端的偏振控制单元3301所输入的光信号和第二本振光信号之间的相位差为0和π/2中的随机数，0和π/2对应不同的测量基。
进一步，理想情况下本振单元3201所输出的本振光信号和相干耦合单元所接收的传输光信号是同频同相的，但是实际运行的系统中，本振单元3201和产生传输光信号的发送装置分处于两地，其输出频率是分别进行控制，无法保证其频率完全相同，更无法保证其相位完全一样。同时受限外部环境温度的变化，会导致光纤长度产生变化，进而使系统不可避免发生扰动，产生新的相位差。为了保证在相干耦合单元的输入端所接收到的本振光信号和偏振控制单元3301所输入的传输光信号之间的相位关系，本振单元3201中的信号产生器4203需要接收载波恢复单元3104中的第一处理单元3303所输出的同步时钟参数，以及相位频率信息，比如相位补偿参数，进而由信号产生器4203实时调整输入到脉冲整形调制器4202的电脉冲信号，以及输入到相位调制器4204的相位调制信号，进而达到实时调整输入至相干耦合单元中的本振光信号的相位频率信息的目的。
第一分光单元4206接收传输光信号，将传输光信号进行分光处理，得到两路分光处理后光信号，并将两路分光处理后光信号分别输入给第一耦合单元4207和第二耦合单元4208。
可选地，由于量子光信号是一个极其弱的光信号，在整个传送链路的插损值严重影响其传送距离，因此，较佳的，在保证参考光信号进行光电转换、放大后能够正常采样并恢复出准确的相位频率信息的前提下，可尽量提高输入到量子光平衡探测单元3103的光强比例。比如，第一分光单元4206将接收到的传输光信号分为在传输光信号中占比为20％的传输光信号，和占比为80％的传输光信号，并将占比为20％的传输光信号发送给第一耦合单元4207，将占比为80％的传输光信号发送给第二耦合单元4208。
第一耦合单元4207，使用接收到的两路第一子本振光信号中的一路第一子本振光信号对接收到的两路分光处理后光信号中的一路分光处理后光信号进行相干耦合，得到一路相干耦合后光信号。
第二耦合单元4208，用于使用接收到的两路第一子本振光信号中的另一路第一子本振光信号对接收到的两路分光处理后光信号中的另一路分光处理后光信号进行相干耦合，得到另一路相干耦合后光信号。
此时，可看出，由于传输光信号通过一个偏振态进行传输，且该传输光信号中包括时分复用的参考光信号和量子光信号，又由于每个第一相干耦合后光信号中至少包括参考光信号；每个第二相干耦合后光信号中至少包括量子光信号，因此此时第一耦合单元4207所输出的相干耦合后光信号中包括参考光信号和量子光信号，第二耦合单元4208所输出的相干耦合后光信号中也包括参考光信号和量子光信号。此时若将第一耦合单元4207所输出的相干耦合后光信号作为第一相干耦合后光信号，则第二耦合单元4208所输出的相干耦合后光信号即作为第二相干耦合后光信号。
参考光平衡探测单元3102对接收到的第一相干耦合后光信号进行光电转换和放大，由于发送装置所发送的光信号中的参考光信号的光强度远远大于量子光信号的光强度，通常参考光平衡探测单元3102内的跨阻放大器的放大倍数处于较小值，以保证参考光平衡探测单元3102对转换后的电信号进行跨阻放大后，所输出的第一电信号的幅度处于第一ADC单元3302的预设幅度范围内，从而使第一ADC单元3302对第一电信号准确地采样量化，此时，参考光信号在对应的第一电信号中对应的电信号幅值处于第一ADC单元3302的第一预设幅值范围内，但是量子光信号在对应的第一电信号中对应的电信号幅值非常微弱，即第一ADC单元3302无法从第一电信号中通过采样量化提取原始密钥。
量子光平衡探测单元3103对接收到的第二相干耦合后光信号进行光电转换和放大，由于发送装置所发送的光信号中的参考光信号的光强度远远大于量子光信号的光强度，通常参考光平衡探测单元3102内的跨阻放大器的放大倍数处于较大值，以保证量子光平衡探测单元3103对转换后的电信号进行跨阻放大后，所输出的第二电信号的幅度处于第二ADC单元3304的第二预设幅度范围内，从而使第二ADC单元3304对第二电信号准确地采样量化，此时，量子光信号在对应的第二电信号中对应的电信号幅值处于第二ADC单元3304的第二预设幅值范围内，但是参考光信号在对应的第二电信号中对应的电信号幅值非常强，受跨阻放大器(Trans-Impedance Amplifier，简称TIA)输出最大值限制，已经工作在饱和状态，即第二ADC单元3304无法从第二电信号中通过采样量化从参考光信号中提取出相位频率信息。
第一ADC单元3302接收参考光平衡探测单元3102输出的第一电信号，并对接收到的第一电信号进行采样量化，向载波恢复单元3104中的第一处理单元3303输出参考信号采样序列；载波恢复单元3104的第一处理单元3303从参考信号采样序列中确定出本振光信号和参考光信号之间的相位频率信息。可选地，载波恢复单元3104的第一处理单元3303从参考信号采样序列中确定出参考光信号的时钟周期信息等。
第二ADC单元3304对接收到的第二电信号进行采样量化，向载波恢复单元3104中的第二处理单元3305输出量子信号采样序列；密钥恢复单元3105的第二处理单元3305根据接收到的相位频率信息，从量子信号采样序列中恢复出原始密钥。具体实施中，密钥恢复单元3105根据载波恢复单元3104输入的相位频率信息计算并补偿接收到的量子信号采样序列，从而从量子信号采样序列中恢复出原始密钥。可选地，本发明实施例中由于参考光信号和量子光信号不是在同一个耦合器中进行干涉，因此，在第一耦合器和第二耦合器分别输出的耦合后光信号之间会存在一个固定的相位差值，在进行原始密钥恢复时，需要把这个固定的相位差值考虑进去。
实施例a2
若传输光信号通过一个偏振态传输，则传输光信号包括时分复用的参考光信号和量子光信号；且相干耦合单元包括第三耦合单元，以及与第三耦合单元连接的第二分光单元和第三分光单元，第二分光单元连接参考光平衡探测单元和量子光平衡探测单元，第三分光单元连接参考光平衡探测单元和量子光平衡探测单元：
第三耦合单元，用于使用本振光信号对传输光信号进行相干耦合，并将进行相干耦合后得到的光信号分为两路，得到两路第一相干后光信号，并将两路第一相干后光信号分别输入给第二分光单元和第三分光单元；
第二分光单元，用于将接收到的两路第一相干后光信号中的一路第一相干后光信号进行分光处理，得到一个在该路第一相干后光信号中占比为第一比例的第一相干后光信号，以及一个占比为第二比例的第一相干后光信号；其中第一比例与第二比例的和为1；
第三分光单元，用于将接收到的两路第一相干后光信号中的另一路第一相干后光信号进行分光处理，得到一个在该路第一相干后光信号中占比为第一比例的第一相干后光信号，以及一个占比为第二比例的第一相干后光信号；
其中，两个在每路第一相干后光信号中占比为第一比例的第一相干后光信号作为两路相干耦合后光信号中的一路相干耦合后光信号，两个在每路第一相干后光信号中占比为第二比例的第一相干后光信号作为两路相干耦合后光信号中的另一路相干耦合后光信号。
为了更清楚的介绍实施例a2的具体原始密钥恢复装置的结构，以及工作原理，图4c示例性示出了本发明实施例提供的一种原始密钥恢复装置的结构示意图。如图4c所示，相干耦合单元3101包括第三耦合单元4301，以及与第三耦合单元4301连接的第二分光单元4302和第三分光单元4303，第二分光单元4302连接参考光平衡探测单元3102和量子光平衡探测单元3103，第三分光单元4303连接参考光平衡探测单元3102和量子光平衡探测单元3103：
具体来说，第三耦合单元4301的两个输入端分别连接偏振控制单元3301和本振单元3201中的相位调制器4204，第三耦合单元4301的两个输出端分别连接第二分光单元4302和第三分光单元4303。第二分光单元4302的两个输出端分别连接参考光平衡探测单元3102和量子光平衡探测单元3103，第三分光单元4303的两个输出端分别连接参考光平衡探测单元3102和量子光平衡探测单元3103。可选地，第三耦合单元4301可为2:2的耦合器，第二分光单元4302可为一个分光器，第三分光单元4303可为一个分光器。可选地，第二分光单元4302和第三分光单元4303的分光比例相同。
如图4c所示，本振单元3201包括本振激光器4201，与本振激光器4201连接的脉冲整形调制器4202、与脉冲整形调制器4202连接的相位调制器4204，以及同时与相位调制器4204和脉冲整形调制器4202连接的信号产生器4203；信号产生器4203与载波恢复单元3104中的第一处理单元3303连接。
下面基于图4c所示的原始密钥恢复装置的结构示意图，详细描述原始密钥恢复装置的工作流程。
如图4c所示，发送装置通过光纤向原始密钥恢复装置传输一个传输光信号，该传输光信号先进入到偏振控制单元3301中，偏振控制单元3301将偏振态固定的传输光信号输入至第三耦合单元4301的一个输入端中。
图4c中的本振单元3201与图4b中相比，不包括本振分光单元4205。正如图4b中所说的，当本振单元3201仅仅需要输出一个本振光信号时，本振单元3201中即不需要本振分光单元4205。本振单元3201中的相位调制器4204可直接连接相干耦合单元3101中的第三耦合单元4301。本振单元3201中各个结构如图4b中所述，在此不再赘述。
第三耦合单元4301根据接收到的本振光信号对偏振控制单元3301所输入的传输光信号进行相干耦合，得到两路第一相干后光信号，并将两路第一相干后光信号分别输入给第二分光单元4302和第三分光单元4303。可选地，第二分光单元4302和第三分光单元4303的分光比例一致。
举个例子，第一比例为10％，第二比例为90％。第二分光单元4302将接收到的一路第一相干后光信号分为占比10％的第一相干后光信号和占比90％的第一相干后光信号；第三分光单元4303将接收到的另一路第一相干后光信号分为占比10％的第一相干后光信号和占比90％的第一相干后光信号。第二分光单元4302将占比10％的第一相干后光信号输入给参考光平衡探测单元3102，第三分光单元4303将占比10％的第一相干后光信号输入给参考光平衡探测单元3102；第二分光单元4302将占比90％的第一相干后光信号输入给量子光平衡探测单元3103，第三分光单元4303将占比90％的第一相干后光信号输入给量子光平衡探测单元3103。也就是说，两个占比10％的第一相干后光信号为一路相干耦合后光信号，两个占比90％的第一相干后光信号为另一路相干耦合后光信号。第一相干耦合后光信号可以为两个占比10％的第一相干后光信号，第二相干耦合后光信号可以为两个占比90％的第一相干后光信号。
本发明实施例中对第一比例和第二比例的具体数值不做限定，可选地，由于量子光信号是一个极其弱的光信号，在整个传送链路的插损值严重影响其传送距离，因此，较佳的，在保证参考光信号进行光电转换、放大后能够正常采样并恢复出准确的相位频率信息的前提下，可尽量提高输入到量子光平衡探测单元3103的光强比例。
进一步，传输光信号中包括参考光信号和量子光信号；至少两路相干耦合后光信号中包括至少一个第一相干耦合后光信号和至少一个第二相干耦合后光信号；每个第一相干耦合后光信号中至少包括参考光信号；每个第二相干耦合后光信号中至少包括量子光信号。也就是说，进入参考光平衡探测单元3102的一路相干耦合后光信号为第一相干耦合后光信号，进入量子光平衡探测单元3103的一路相干耦合后光信号为第二相干耦合后光信号。
参考光平衡探测单元3102接收第二分光单元4302和第三分光单元4303所输出的第一相干耦合后光信号，具体处理流程如上所述。量子光平衡探测单元3103接收第二分光单元4302和第三分光单元4303所输出的第二相干耦合后光信号，具体处理流程如上所述。载波恢复单元3104和密钥恢复单元3105的具体处理流程参见以上所述。
上述内容为传输光信号通过一个偏振态传输时，原始密钥恢复装置可能的几种结构示意图。本发明实施例中发送装置也可通过多个偏振态传输该传输光信号，下面进行具体介绍。
情况二：传输光信号通过N个偏振态传输，N为大于1的整数。
可选地，传输光信号通过N个偏振态传输时，每个偏振态上述所传输的光信号可以为：包括时分复用的参考光信号和量子光信号的初始光信号、包括参考光信号的初始光信号、包括量子光信号的初始光信号中的任一项。
举个例子，比如发送装置通过两个偏振态发送传输光信号，每个偏振态上均包括时分复用的参考光信号和量子光信号。再比如，发送装置通过两个偏振态发送传输光信号，在其中一个偏振态上传输参考光信号，在另一个偏振态上传输量子光信号。再比如发送装置通过两个偏振态发送传输光信号，在其中一个偏振态上传输包括时分复用的参考光信号和量子光信号，在另一个偏振态上传输量子光信号。可选地，发送装置也可通过三个偏振态、四个偏振态等传输光信号。
图5a示例性示出了本发明实施例提供的一种传输光信号的结构示意图。如图5a所示，横坐标为时间轴5101，纵坐标包括在X偏振态上的光强度5102和在Y偏振态上的光强度5105，可选地，在X偏振态上发送量子光信号5103，在Y偏振态上发送参考光信号5104。参考光信号和量子光信号在时间上是重叠的，所以图5a所示的参考光信号与量子光信号属于偏振复用。
进一步，为了增加参考光信号与量子光信号的隔离度，减少参考光信号对量子光信号的干扰，也可以让参考光信号和量子光信号有一定的相对延时。图5b示例性示出了本发明实施例提供的另一种传输光信号的结构示意图。如图5b所示，横坐标为时间轴5201，纵坐标包括在X偏振态上的光强度5202和在Y偏振态上的光强度5205，可选地，在X偏振态上发送量子光信号5203，在Y偏振态上发送参考光信号5204。参考光信号和量子光信号在时间上是错开的，也就是说，图5b中，Y偏振态上的参考光信号和X偏振态上的量子光信号不仅仅是偏振复用，也为时分复用。
图5c示例性示出了本发明实施例提供的另一种传输光信号的结构示意图。如图5c所示，横坐标为时间轴5301，纵坐标包括在X偏振态上的光强度5302和在Y偏振态上的光强度5305，可选地，在X偏振态上发送量子光信号5303，在Y偏振态上发送时分复用的参考光信号5304和量子光信号5303。可看出，图5c中，X偏振态上的量子光信号与Y偏振态上的参考光信号和量子光信号在时间上都是错开的。
本发明实施例中的传输光信号通过N个偏振态传输时，各个偏振态上传输的光信号在时间上是重合的或者不是重合的均可，本发明实施例中不做限制。
可选地，若传输光信号通过N个偏振态传输，N为大于1的整数，则：
相干耦合单元包括偏振分光单元，以及与偏振分光单元连接的子相干耦合单元，子相干耦合单元连接参考光平衡探测单元和量子光平衡探测单元；
偏振分光单元，用于通过偏振分光处理将传输光信号分为N路光信号，并对至少(N-1)路光信号进行偏振旋转，输出偏振态相同的N路初始光信号；其中一路初始光信号对应一个偏振态；
子相干耦合单元，用于根据接收到的本振光信号对N路初始光信号中的每路初始光信号至少进行相干耦合，输出至少N路相干耦合后光信号。
图5d示例性示出了本发明实施例提供的一种原始密钥恢复装置的结构示意图。如图5d所示，相干耦合单元3101包括偏振分光单元5401，以及与偏振分光单元5401连接的子相干耦合单元5402，子相干耦合单元5402连接参考光平衡探测单元3102和量子光平衡探测单元3103。
可选地，偏振分光单元5401可为一个偏振分光器。可选地，N路初始光信号至少包括两路包括时分复用的参考光信号和量子光信号的初始光信号。或者N路初始光信号至少包括以下内容中的任两项：
包括时分复用的参考光信号和量子光信号的初始光信号、包括参考光信号的初始光信号、包括量子光信号的初始光信号。
可选地，针对N路初始光信号中的每路初始光信号，子相干耦合单元5402，具体用于：
当N路初始光信号中至少包括一路包括参考光信号的初始光信号时，使用在本振光信号中占比为第三比例的本振光信号对该路包括参考光信号的初始光信号进行相干耦合，得到包括参考光信号的一路相干耦合后光信号；
当N路初始光信号中至少包括一路包括量子光信号的初始光信号时，使用在本振光信号中占比为第四比例的本振光信号对该路包括量子光信号的初始光信号进行相干耦合，得到包括量子光信号的一路相干耦合后光信号；
当N路初始光信号中包括至少一路包括时分复用的参考光信号和量子光信号的初始光信号时，使用在本振光信号中占比为第五比例的本振光信号对一路包括时分复用的参考光信号和量子光信号的初始光信号进行相干耦合和分光处理，得到两路相干耦合后光信号；其中，两路相干耦合后光信号中的每路相干耦合后光信号中包括参考光信号和量子光信号。
而当N路初始光信号中包括至少一路包括时分复用的参考光信号和量子光信号的初始光信号时，又具体存在多种实现方式。下面通过以下实施例b1、实施例b2和实施例b3进行详细介绍。
实施例b1
传输光信号通过N个偏振态发送该传输光信号，每个偏振态上仅包括量子光信号或者参考光信号。此时，偏振分光单元5401，用于通过偏振分光处理将传输光信号分为N路光信号，并对至少(N-1)路光信号进行偏振旋转，输出偏振态相同的N路初始光信号；每路初始光信号仅包括量子光信号或者参考光信号。
图5e示例性示出了本发明实施例提供的一种原始密钥恢复装置的结构示意图。发送装置通过两个偏振态向接收装置发送传输光信号，具体传输光信号的结构如图5b所示，在X偏振态上发送量子光信号，在Y偏振态上发送参考光信号。此时，如图5e所示，相干耦合单元3101包括偏振分光单元5401，以及与偏振分光单元5401连接的子相干耦合单元5402，子相干耦合单元5402包括第四耦合单元5502和第五耦合单元5503，第四耦合单元5502和第五耦合单元5503均可为2:2的耦合器。第四耦合单元5502的两个输入端分别连接偏振分光单元5401和本振单元3201，第四耦合单元5502的两个输出端分别连接参考光平衡探测单元3102；第五耦合单元5503的两个输入端分别连接偏振分光单元5401和本振单元3201，第五耦合单元5503的两个输出端分别连接量子光平衡探测单元3103。
如图5e所示，本振单元3201与图4b所示的本振单元3201的内部结构相同，具体内容参见前述内容。本振单元3201中振分光单元4205一端与相位调制器4204连接，另一端与第四耦合单元5502和第五耦合单元5503连接。
下面基于图5e所示的原始密钥恢复装置的结构示意图，详细描述原始密钥恢复装置的工作流程。
如图5e所示，发送装置通过光纤向原始密钥恢复装置传输一个传输光信号，该传输光信号先进入到偏振控制单元3301中，偏振控制单元3301将偏振态固定的传输光信号输入至偏振分光单元5401中。
传输光信号通过N个偏振态传输，则偏振分光单元5401，通过偏振分光处理将传输光信号分为N路光信号，并对至少(N-1)路光信号进行偏振旋转，输出偏振态相同的N路初始光信号；其中一路初始光信号对应一个偏振态。
举例来说，若传输光信号通过X偏振态传输量子光信号，通过Y偏振态进行传输参考光信号，则偏振分光单元5401将X偏振态上传输的量子光信号通过一个输出端口输出；将Y偏振态上传输的参考光信号的偏振态旋转90度，即旋转至X偏振态上之后，通过另一个输出端口输出。
偏振分光单元5401将包括参考光信号的一路初始光信号输入至第四耦合单元5502，将包括量子光信号的一路初始光信号输入至第五耦合单元5503。第四耦合单元5502和第五耦合单元5503的另一个输入端还接收本振单元3201输入的本振光信号。
由于子相干耦合单元5402包括第四耦合单元5502和第五耦合单元5503，第四耦合单元5502和第五耦合单元5503需要分别进行相干耦合的操作，因此第四耦合单元5502和第五耦合单元5503均需要本振光信号，基于此，本振分光单元4205将接收到的本振光信号分为两路第三子本振光信号。分别发送给第四耦合单元5502和第五耦合单元5503。
第四耦合单元5502，使用接收到的两路第三子本振光信号中的一路第三子本振光信号对接收到的初始光信号进行相干耦合，得到一路相干耦合后光信号。
第五耦合单元5503，用于使用接收到的两路第三子本振光信号中的另一路第三子本振光信号对接收到的初始光信号进行相干耦合，得到另一路相干耦合后光信号。
此时，可看出，由于传输光信号通过两个偏振态进行传输，且每个偏振态上仅传输参考光信号或者量子光信号，且第四耦合单元5502接收到的是Y偏振态上传输的参考光信号，第五耦合单元5503接收到的是X偏振态上传输的量子光信号，因此此时第四耦合单元5502所输出的相干耦合后光信号中仅包括参考光信号，第五耦合单元5503所输出的相干耦合后光信号中仅包括量子光信号。此时将第四耦合单元5502所输出的相干耦合后光信号作为第一相干耦合后光信号，第五耦合单元5503所输出的相干耦合后光信号作为第二相干耦合后光信号。
参考光平衡探测单元3102接收第四耦合单元5502所输出的第一相干耦合后光信号，具体处理流程如上所述。量子光平衡探测单元3103接收第五耦合单元5503所输出的第二相干耦合后光信号，具体处理流程如上所述。载波恢复单元3104和密钥恢复单元3105的具体处理流程参见以上所述。
实施例b2
传输光信号通过N个偏振态发送该传输光信号，其中存在一个偏振态上包括时分复用的量子光信号和参考光信号。此时，偏振分光单元，用于通过偏振分光处理将传输光信号分为N路光信号，并对至少(N-1)路光信号进行偏振旋转，输出偏振态相同的N路初始光信号；存在一路路初始光信号包括时分复用的量子光信号和参考光信号。
可选地，在N路初始光信号中包括至少一路包括时分复用的参考光信号和量子光信号的初始光信号时，具体用于：
使用在本振光信号中占比为第五比例的本振光信号，对包括时分复用的参考光信号和量子光信号的初始光信号进行相干耦合，并将进行相干耦合后得到的光信号分为两路，得到两路第二相干后光信号；
对两路第二相干后光信号中的每路第二相干后光信号进行分光处理，得到两个在每路第二相干后光信号中占比为第六比例的第二相干后光信号，以及两个占比为第七比例的第二相干后光信号；其中第六比例与第七比例的和为1；
其中，两个在每路第二相干后光信号中占比为第六比例的第二相干后光信号为两路相干耦合后光信号中的一路相干耦合后光信号；两个在每路第二相干后光信号中占比为第七比例的第二相干后光信号为两路相干耦合后光信号中的另一路相干耦合后光信号。
为了更清楚的介绍该实施例b2，下面结合图5f进行介绍。图5f示例性示出了本发明实施例提供的一种原始密钥恢复装置的结构示意图。发送装置通过两个偏振态向接收装置发送传输光信号，具体传输光信号的结构如图5c所示，在X偏振态上发送量子光信号，在Y偏振态上发送时分复用的参考光信号和量子光信号。此时，如图5f所示，相干耦合单元3101包括偏振分光单元5401，以及与偏振分光单元5401连接的子相干耦合单元5402，子相干耦合单元5402包括第六耦合单元5603和第七耦合单元5602，第六耦合单元5603和第七耦合单元5602均可为2:2的耦合器。第六耦合单元5603的两个输入端分别连接偏振分光单元5401和本振单元3201，第六耦合单元5603的两个输出端分别连接量子光平衡探测单元3103。
具体来说，本发明实施例中的参考光平衡探测单元3102可包括一个或多个参考光平衡探测器，量子光平衡探测单元3103可包括一个或多个量子平衡探测器。其中，参考光平衡探测单元3102中的每个参考光平衡探测器对应探测一个第一相干耦合后光信号，即参考光平衡探测单元3102中的每个参考光平衡探测器对一个第一相干耦合后光信号进行光电转换和放大。量子光平衡探测单元3103中的每个量子光平衡探测器对应探测一个第二相干耦合后光信号，即量子光平衡探测单元3103中的每个量子光平衡探测器对一个第二相干耦合后光信号进行光电转换和放大。
如图5f所示，量子平衡探测单元3103中包括第一量子平衡探测器5609和第二量子平衡探测器5608。进而第六耦合器5603的两个输出端连接第一量子平衡探测5609的两个输入端。第七耦合单元5602的两个输入端分别连接偏振分光单元5401和本振单元3201，第七耦合单元5602的两个输出端分别连接第四分光单元5605和第五分光单元5606，第四分光单元5605的两个输出端分别连接参考光平衡探测单元3102和第二量子光平衡探测器5608，第五分光单元5606的两个输出端分别连接参考光平衡探测单元3102和第二量子光平衡探测器5608。
进一步，每个参考光平衡探测单元3102中包括的参考光平衡探测器的数量与第一ADC单元3302中包括的ADC的数量相同，即一个参考光平衡探测器连接一个第一ADC单元3302中的ADC。类似的，每个量子光平衡探测单元3103中包括的量子光平衡探测器的数量与第二ADC单元3304中包括的ADC的数量相同，即一个量子光平衡探测器连接一个第二ADC单元3304中的ADC。
如图5f所示，第一量子平衡探5609连接第二ADC单元3304中的ADC一5611，第二量子平衡探测5608连接第二ADC单元3304中的ADC二5612。参考光平衡探测3102连接第一ADC单元3302中的ADC三5613。ADC一5611和ADC二5612连接密钥恢复单元3105中的第二处理单元3305，第二处理单元3305或第一处理3303可以包括一个或多个处理模块，一个ADC对应一个处理模块。比如ADC一5611对应第二处理单元3305中的处理模块一5614，ADC二5612对应第二处理单元3305中的处理模块二5615。ADC三5613连接载波恢复单元3104中的第一处理单元3303。本振分光单元4205一端与相位调制器4204连接，另一端与第六耦合单元5603和第七耦合单元5602连接。
下面基于图5f所示的原始密钥恢复装置的结构示意图，详细描述原始密钥恢复装置的工作流程。
如图5f所示，发送装置通过光纤向原始密钥恢复装置传输一个传输光信号，该传输光信号先进入到偏振控制单元3301中，偏振控制单元3301将偏振态固定的传输光信号输入至偏振分光单元5401中。传输光信号通过N个偏振态传输，则偏振分光单元5401，输出偏振态相同的N路初始光信号；其中一路初始光信号对应一个偏振态。
偏振分光单元5401将包括参考光信号的一路初始光信号输入至第六耦合单元5603，将包括时分复用的参考光信号和量子光信号的一路初始光信号输入至第七耦合单元5602。第六耦合单元5603和第七耦合单元5602的另一个输入端还接收本振单元3201输入的本振光信号。
如图5f所示，本振单元3201与图4b所示的本振单元3201的内部结构相同，具体内容参见前述内容。由于子相干耦合单元5402包括第六耦合单元5603和第七耦合单元5602，第六耦合单元5603和第七耦合单元5602需要分别进行相干耦合的操作，因此第六耦合单元5603和第七耦合单元5602均需要本振光信号，基于此，本振分光单元4205将接收到的本振光信号分为两路第四子本振光信号，并分别输入至第六耦合单元5603和第七耦合单元5602。
第六耦合单元5603，使用接收到的两路第四子本振光信号中的一路第四子本振光信号对接收到的初始光信号进行相干耦合，得到一路相干耦合后光信号。
第七耦合单元5602，接收到的两路第四子本振光信号中的一路第四子本振光信号对接收到的初始光信号进行相干耦合，得到一路相干耦合后光信号。第七耦合单元5602将两路第二相干后光信号分别发送给第四分光单元5605和第五分光单元5606。
第四分光单元5605，对接收到的两路第二相干后光信号中的一路第二相干后光信号进行分光处理，得到两个在该路第二相干后光信号中占比为第六比例的第二相干后光信号，以及两个占比为第七比例的第二相干后光信号；其中第六比例与第七比例的和为1；
第五分光单元5606，对接收到的两路第二相干后光信号中的另一路第二相干后光信号进行分光处理，得到两个在该路第二相干后光信号中占比为第六比例的第二相干后光信号，以及两个占比为第七比例的第二相干后光信号；
两个在每路第二相干后光信号中占比为第六比例的第二相干后光信号作为两路相干耦合后光信号中的一路相干耦合后光信号；将两个在每路第二相干后光信号中占比为第七比例的第二相干后光信号作为两路相干耦合后光信号中的另一路相干耦合后光信号。
举个例子，第六比例为10％，第七比例为90％。第四分光单元5605将接收到的一路第二相干后光信号分为占比10％的第二相干后光信号和占比90％的第二相干后光信号；第五分光单元5606将接收到的另一路第二相干后光信号分为占比10％的第二相干后光信号和占比90％的第二相干后光信号。第四分光单元5605将占比10％的第二相干后光信号输入给参考光平衡探测单元3102，第五分光单元5606将占比10％的第二相干后光信号输入给参考光平衡探测单元3102；第四分光单元5605将占比90％的第二相干后光信号输入给量子光平衡探测单元3103，第五分光单元5606将占比90％的第二相干后光信号输入给量子光平衡探测单元3103。也就是说，两个占比10％的第二相干后光信号为一路相干耦合后光信号，两个占比90％的第二相干后光信号为另一路相干耦合后光信号。第一相干耦合后光信号可以为两个占比10％的第二相干后光信号，第二相干耦合后光信号可以为两个占比90％的第二相干后光信号。
进一步，两个占比10％的第二相干后光信号为一路相干耦合后光信号进入了参考光平衡探测单元3102，两个占比90％的第二相干后光信号为一路相干耦合后光信号进入了量子光平衡探测单元3103中的第二量子平衡探测器5608中。
本发明实施例中对第六比例和第七比例的具体数值不做限定，可选地，由于量子光信号是一个极其弱的光信号，在整个传送链路的插损值严重影响其传送距离，因此，较佳的，在保证参考光信号进行光电转换、放大后能够正常采样并恢复出准确的相位频率信息的前提下，可尽量提高输入到量子光平衡探测单元3103的光强比例。
此时，可看出，由于传输光信号通过两个偏振态进行传输，进入第六耦合单元5603中的光信号中仅包括量子光信号，因此，第六耦合单元5603所输出的相干耦合后光信号中仅包括量子光信号，因此第六耦合单元5603所输出的相干耦合后光信号为第一相干耦合后光信号。而进入第七耦合单元5602中的光信号包括时分复用的量子光信号和参考光信号，因此，第七耦合单元5602所输出的两路第二相干后光信号中的每路第二相干后光信号中均包括时分复用的参考光信号和量子光信号，进而经过第四分光单元5605和第五分光单元5606的分光处理，所得到的两路相干耦合后光信号中的每路相干耦合后光信号中均包括有时分复用的参考光信号和量子光信号，此时，将经过第四分光单元5605和第五分光单元5606的分光处理得到的两路相干耦合后光信号中的一路作为第一相干耦合后光信号，则另一路则为第二相干耦合后光信号。
参考光平衡探测单元3102接收第四分光单元5605和第五分光单元5606所输出的第一相干耦合后光信号，具体处理流程如上所述。
量子光平衡探测单元3103中包括第一量子平衡探测器5609和第二量子平衡探测器5608。
第一量子平衡探测器5609接收第六耦合器5603输出的第二相干耦合后光信号，并对接收到的第二相干耦合后光信号进行光电转换和放大，以保证所输出的第二电信号的幅度处于第二ADC单元3304的第二预设幅度范围内。
第二量子平衡探测器5608接收第四分光单元5605和第五分光单元5606输出的第二相干耦合后光信号，并对接收到的第二相干耦合后光信号进行光电转换和放大，以保证所输出的第二电信号的幅度处于第二ADC单元3304的第二预设幅度范围内。
第一ADC单元中的ADC三5613接收参考光平衡探测单元输出的第一电信号，并对接收到的第一电信号进行采样量化，向载波恢复单元中的第一处理单元3303输出参考信号采样序列，以使第一处理单元3303从参考信号采样序列中确定出本振光信号和参考光信号之间的相位频率信息。
第二ADC单元3304包括ADC一5611和ADC二5612，ADC一5611与第一量子平衡探测器5609连接，ADC二5612与第二量子平衡探测器5608连接。
ADC一5611，接收第一量子平衡探测器5609输出的第二电信号，并对接收到的第二电信号进行采样量化，向处理模块一5614输出量子信号采样序列。
ADC二5612，接收第二量子平衡探测器5608输出的第二电信号，并对接收到的第二电信号进行采样量化，向处理模块二5615输出量子信号采样序列。处理模块一5614和处理模块二5615根据接收到的相位频率信息，从量子信号采样序列中恢复出原始密钥。
实施例b3
可选地，当N路初始光信号中包括至少一路包括时分复用的参考光信号和量子光信号的初始光信号时：
本振单元，具体用于：
将本振光信号中占比为第五比例的本振光信号分为两路第二子本振光信号，并将两路第二子本振光信号发送给子相干耦合单元；
子相干耦合单元，具体用于：
将该路包括时分复用的参考光信号和量子光信号的初始光信号进行分光处理，得到两路分光处理后初始光信号；
使用接收到的两路第二子本振光信号分别对两路分光处理后初始光信号中的每路分光处理后初始光信号进行相干耦合，得到至少两路相干耦合后光信号中的两路相干耦合后光信号；其中，一路本振光信号对应一路分光处理后初始光信号。
为了更清楚的介绍实施例b3，下面结合附图5g进行介绍。图5g示例性示出了本发明实施例提供的一种原始密钥恢复装置的结构示意图。发送装置通过两个偏振态向接收装置发送传输光信号，具体传输光信号的结构如图5c所示。在X偏振态上发送量子光信号，在Y偏振态上发送时分复用的参考光信号和量子光信号。如图5g所示，相干耦合单元3101包括偏振分光单元5401，以及与偏振分光单元5401连接的子相干耦合单元5402，子相干耦合单元5402包括第六耦合单元5603、第六分光单元5702、第八耦合单元5703和第九耦合单元5704，第六耦合单元5603、第八耦合单元5703和第九耦合单元5704均可为2:2的耦合器。第六耦合单元5603的两个输入端分别连接偏振分光单元5401和本振单元3201，第六耦合单元5603的两个输出端分别连接量子光平衡探测单元3103。
如图5g所示，量子平衡探测单元3103中包括第一量子平衡探测器5608和第二量子平衡探测器5609。进而第六耦合器5603的两个输出端连接第一量子平衡探测器5609的两个输入端。第六分光单元5702的输入端连接偏振分光单元5401，第六分光单元5702的两个输出端连接第八耦合单元5703和第九耦合单元5704。
第八耦合单元5703的两个输入端分别连接第六分光单元5702和本振单元3201，第八耦合单元5703的两个输出端分别连接参考光平衡探测单元3102。第九耦合单元5704的两个输入端分别连接第六分光单元5702和本振单元3201，第九耦合单元5704的两个输出端分别连接量子光平衡探测单元3103中的第二量子平衡探测器5608。
如图5e所示，本振单元3201与图4b所示的本振单元3201的内部结构相同，具体内容参见前述内容。本振分光单元4205一端与相位调制器4204连接，另一端与第六耦合单元5603、第八耦合单元5703和第九耦合单元5704连接。本振分光单元4205可为一个分光器。
下面基于图5g所示的原始密钥恢复装置的结构示意图，详细描述原始密钥恢复装置的工作流程。
如图5g所示，发送装置通过光纤向原始密钥恢复装置传输一个传输光信号，该传输光信号先进入到偏振控制单元3301中，偏振控制单元3301将偏振态固定的传输光信号输入至偏振分光单元5401中。传输光信号通过N个偏振态传输，则偏振分光单元5401输出偏振态相同的N路初始光信号。
具体来说，偏振分光单元5401将包括量子光信号的一路初始光信号输入至第六耦合单元5603，将包括时分复用的参考光信号和量子光信号的一路初始光信号输入至第六分光单元5702。第六分光单元5702将接收到包括量子光信号的一路初始光信号进行分光处理，得到两路分光处理后初始光信号，并将两路分光处理后初始光信号分别输出给第八耦合单元5703和第九耦合单元。第六耦合单元5603、第八耦合单元5703和第九耦合单元的另一个输入端还接收本振单元3201输入的本振光信号，进而第六耦合单元5603、第八耦合单元5703和第九耦合单元中的任一个耦合单元，使用接收到的一路本振光信号对接收到的分光处理后初始光信号进行相干耦合，得到一路相干耦合后光信号。
此时，本振单元3201将本振光信号中占比为第五比例的本振光信号分为两路第二子本振光信号，并将两路第二子本振光信号发送给第八耦合单元5703和第九耦合单元。
由于子相干耦合单元5402包括第六耦合单元5603、第八耦合单元5703和第九耦合单元，第六耦合单元5603、第八耦合单元5703和第九耦合单元均需要分别进行相干耦合的操作，因此第六耦合单元5603、第八耦合单元5703和第九耦合单元均需要本振光信号，基于此，本振分光单元4205将接收到的本振光信号分为三路。
第六耦合单元5603，使用一路本振光信号对接收到的初始光信号进行相干耦合，得到一路相干耦合后光信号。
第八耦合单元5703，使用一路本振光信号对接收到的初始光信号进行相干耦合，得到一路相干耦合后光信号。
第九耦合单元，使用一路本振光信号对接收到的初始光信号进行相干耦合，得到一路相干耦合后光信号。
此时，可看出，由于传输光信号通过两个偏振态进行传输，进入第六耦合单元5603中的光信号中仅包括量子光信号，因此，第六耦合单元5603所输出的相干耦合后光信号中仅包括量子光信号，因此第六耦合单元5603所输出的相干耦合后光信号为第一相干耦合后光信号。而进入第六分光单元5702中的光信号包括时分复用的量子光信号和参考光信号，因此，第六分光单元5702分别输出给第八耦合单元5703和第九耦合单元每路分光处理后初始光信号中均包括时分复用的参考光信号和量子光信号，进而经过第八耦合单元5703和第九耦合单元的相干耦合处理，所得到的两路相干耦合后光信号中的每路相干耦合后光信号中均包括有时分复用的参考光信号和量子光信号，此时，该两路相干耦合后光信号中的一路作为第一相干耦合后光信号，则另一路则为第二相干耦合后光信号。
参考光平衡探测单元3102接收第四耦合单元5502所输出的第一相干耦合后光信号，具体处理流程如上所述。量子光平衡探测单元3103接收第五耦合单元5503所输出的第二相干耦合后光信号，具体处理流程如上所述。载波恢复单元3104和密钥恢复单元3105的具体处理流程参见以上所述。
从上述内容可看出，本发明实施例中，由于传输光信号中包括参考光信号和量子光信号，而且通过本振光信号对传输光信号进行分光处理和相干耦合，得到至少两路相干耦合后光信号，进而对包括参考光信号的第一相干耦合后光信号和包括量子光信号的第二相干耦合后光信号分别进行光电转换和放大，得到第一电信号和第二电信号，进而分别从第一电信号中得到本振光信号和参考光信号之间的相位频率信息，以及根据相位频率信息从第二电信号中恢复出原始密钥，可见，该方案无需对发送装置和接收装置的两路光纤长度差进行严格的等长控制，降低了技术难度。
图6示例性示出了本发明实施例提供的一种原始密钥恢复方法的流程示意图。
基于相同构思，如图6所示，本发明实施例提供一种原始密钥恢复方法，包括：
步骤601，根据本振光信号，对接收到的传输光信号进行分光处理和相干耦合，得到至少两路相干耦合后光信号；其中，传输光信号中包括参考光信号和量子光信号；至少两路相干耦合后光信号中包括至少一个第一相干耦合后光信号和至少一个第二相干耦合后光信号；每个第一相干耦合后光信号中至少包括参考光信号；每个第二相干耦合后光信号中至少包括量子光信号；
步骤602，对至少一个第一相干耦合后光信号进行光电转换和放大，得到至少一个第一电信号；对至少一个第二相干耦合后光信号进行光电转换和放大，得到至少一个第二电信号；
步骤603，从至少一个第一电信号中确定出本振光信号和参考光信号之间的相位频率信息；根据接收到的相位频率信息，从至少一个第二电信号中恢复出原始密钥。
可选地，对至少一个第一相干耦合后光信号进行光电转换和放大的放大倍数小于对至少一个第二相干耦合后光信号进行光电转换和放大的放大倍数。
可选地，对至少一个第一相干耦合后光信号进行光电转换和放大的平衡探测接收机的带宽，高于对至少一个第二相干耦合后光信号进行光电转换和放大的平衡探测接收机的带宽；对至少一个第一相干耦合后光信号进行光电转换和放大的平衡探测接收机的增益，低于对至少一个第二相干耦合后光信号进行光电转换和放大的平衡探测接收机的的增益。
本发明实施例中，可以将第一相干耦合后光信号和第二相干耦合后光信号分别进行放大，此时将第一相干耦合后光信号对应的放大倍数调小，以使从第一电信号中确定出本振光信号和参考光信号之间的相位频率信息；将第二相干耦合后光信号对应的放大倍数调大，以使从至少一个第二电信号中恢复出原始密钥。从而，可更加精确的根据第一相干耦合后光信号，从参考光信号中恢复出相位频率信息，也可更加精确的根据第二相干耦合后光信号，从量子光信号中恢复出原始密钥。
可选地，根据本振光信号，对接收到的传输光信号进行分光处理和相干耦合，得到至少两路相干耦合后光信号之前，还包括：
根据相位频率信息，生成本振光信号。
可选地，若传输光信号通过一个偏振态传输，则传输光信号包括时分复用的参考光信号和量子光信号；且：
根据本振光信号，对接收到的传输光信号进行分光处理和相干耦合，得到至少两路相干耦合后光信号，包括：
接收传输光信号，将传输光信号进行分光处理，得到两路分光处理后光信号；
将本振光信号分为两路第一子本振光信号，使用两路第一子本振光信号中对两路分光处理后光信号分别进行相干耦合，得到至少两路相干耦合后光信号；其中，一路第一子本振光信号对应一路分光处理后光信号。
可选地，若传输光信号通过一个偏振态传输，则传输光信号包括时分复用的参考光信号和量子光信号；且：
根据本振光信号，对接收到的传输光信号进行分光处理和相干耦合，得到至少两路相干耦合后光信号，包括：
使用本振光信号对传输光信号进行相干耦合，并将进行相干耦合后得到的光信号分为两路，得到两路第一相干后光信号；
将接收到的两路第一相干后光信号中的一路第一相干后光信号进行分光处理，得到一个在该路第一相干后光信号中占比为第一比例的第一相干后光信号，以及一个占比为第二比例的第一相干后光信号；其中第一比例与第二比例的和为1；
将接收到的两路第一相干后光信号中的另一路第一相干后光信号进行分光处理，得到一个在该路第一相干后光信号中占比为第一比例的第一相干后光信号，以及一个占比为第二比例的第一相干后光信号；
其中，两个在每路第一相干后光信号中占比为第一比例的第一相干后光信号作为两路相干耦合后光信号中的一路相干耦合后光信号，两个在每路第一相干后光信号中占比为第二比例的第一相干后光信号作为两路相干耦合后光信号中的另一路相干耦合后光信号。
可选地，若传输光信号通过N个偏振态传输，N为大于1的整数，则：
根据本振光信号，对接收到的传输光信号进行分光处理和相干耦合，得到至少两路相干耦合后光信号，包括：
通过偏振分光处理将传输光信号分为N路光信号，并对至少(N-1)路光信号进行偏振旋转，输出偏振态相同的N路初始光信号；其中一路初始光信号对应一个偏振态；
根据接收到的本振光信号对N路初始光信号中的每路初始光信号至少进行相干耦合，输出至少N路相干耦合后光信号。
可选地，N路初始光信号至少包括两路包括时分复用的参考光信号和量子光信号的初始光信号；
或者
N路初始光信号至少包括以下内容中的任两项：
包括时分复用的参考光信号和量子光信号的初始光信号、包括参考光信号的初始光信号、包括量子光信号的初始光信号。
可选地，根据接收到的本振光信号对N路初始光信号中的每路初始光信号至少进行相干耦合，输出至少N路相干耦合后光信号，包括：
当N路初始光信号中至少包括一路包括参考光信号的初始光信号时，使用在本振光信号中占比为第三比例的本振光信号对该路包括参考光信号的初始光信号进行相干耦合，得到包括参考光信号的一路相干耦合后光信号；
当N路初始光信号中至少包括一路包括量子光信号的初始光信号时，使用在本振光信号中占比为第四比例的本振光信号对该路包括量子光信号的初始光信号进行相干耦合，得到包括量子光信号的一路相干耦合后光信号；
当N路初始光信号中包括至少一路包括时分复用的参考光信号和量子光信号的初始光信号时，使用在本振光信号中占比为第五比例的本振光信号对一路包括时分复用的参考光信号和量子光信号的初始光信号进行相干耦合和分光处理，得到两路相干耦合后光信号；其中，两路相干耦合后光信号中的每路相干耦合后光信号中包括参考光信号和量子光信号。
可选地，使用在本振光信号中占比为第五比例的本振光信号对一路包括时分复用的参考光信号和量子光信号的初始光信号进行相干耦合和分光处理，得到两路相干耦合后光信号，包括：
将该路包括时分复用的参考光信号和量子光信号的初始光信号进行分光处理，得到两路分光处理后初始光信号；
将本振光信号中占比为第五比例的本振光信号分为两路第二子本振光信号；使用两路第二子本振光信号分别对两路分光处理后初始光信号中的每路分光处理后初始光信号进行相干耦合，得到至少两路相干耦合后光信号中的两路相干耦合后光信号；其中，一路本振光信号对应一路分光处理后初始光信号。
可选地，使用在本振光信号中占比为第五比例的本振光信号对一路包括时分复用的参考光信号和量子光信号的初始光信号进行相干耦合和分光处理，得到两路相干耦合后光信号，包括：
使用在本振光信号中占比为第五比例的本振光信号，对包括时分复用的参考光信号和量子光信号的初始光信号进行相干耦合，并将进行相干耦合后得到的光信号分为两路，得到两路第二相干后光信号；
对两路第二相干后光信号中的每路第二相干后光信号进行分光处理，得到两个在每路第二相干后光信号中占比为第六比例的第二相干后光信号，以及两个占比为第七比例的第二相干后光信号；其中第六比例与第七比例的和为1；
其中，两个在每路第二相干后光信号中占比为第六比例的第二相干后光信号为两路相干耦合后光信号中的一路相干耦合后光信号；两个在每路第二相干后光信号中占比为第七比例的第二相干后光信号为两路相干耦合后光信号中的另一路相干耦合后光信号。
可选地，从至少一个第一电信号中确定出本振光信号和参考光信号之间的相位频率信息，包括：
接收至少一个第一电信号，并对至少一个第一电信号中的每个第一电信号进行采样量化，得到参考信号采样序列；每个第一相干耦合后光信号中包括的参考光信号在对应的第一电信号中对应的电信号幅值处于第一预设幅值范围内；
根据接收到的参考信号采样序列，确定出本振光信号和参考光信号之间的相位频率信息。
可选地，根据接收到的相位频率信息，从至少一个第二电信号中恢复出原始密钥，包括：
接收至少一个第二电信号，并对至少一个第二电信号中的每个第二电信号进行采样量化，得到量子信号采样序列；每个第二相干耦合后光信号中包括的量子光信号在对应的第二电信号中对应的电信号幅值处于第二预设幅值范围内；
根据接收到的量子信号采样序列，以及接收到的相位频率信息，恢复出原始密钥。
可选地，根据本振光信号，对接收到的传输光信号进行分光处理和相干耦合，得到至少两路相干耦合后光信号之前，还包括：
接收传输光信号，并将接收到的传输光信号的偏振态调整为固定值。
可选地，本振光信号包括用于对传输光信号中的参考光信号进行拟合的第一本振光信号，以及用于对传输光信号中的量子光信号进行拟合的第二本振光信号；
第一本振光信号的相位为预设的固定相位值中的一个；第二本振光信号的相位为预设的固定相位值中的随机值。
从上述内容可看出，本发明实施例中，由于传输光信号中包括参考光信号和量子光信号，而且通过本振光信号对传输光信号进行分光处理和相干耦合，得到至少两路相干耦合后光信号，进而对包括参考光信号的第一相干耦合后光信号和包括量子光信号的第二相干耦合后光信号分别进行光电转换和放大，得到第一电信号和第二电信号，进而分别从第一电信号中得到本振光信号和参考光信号之间的相位频率信息，以及根据相位频率信息从第二电信号中恢复出原始密钥，可见，该方案无需对发送装置和接收装置的两路光纤长度差进行严格的等长控制，降低了技术难度。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、装置(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理装置的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理装置的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理装置以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理装置上，使得在计算机或其他可编程装置上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程装置上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (26)

1.一种原始密钥恢复装置，其特征在于，包括相干耦合单元，以及与所述相干耦合单元连接的参考光平衡探测单元和量子光平衡探测单元，与所述参考光平衡探测单元连接的载波恢复单元，与所述量子光平衡探测单元连接的密钥恢复单元；所述载波恢复单元与所述密钥恢复单元连接：
所述相干耦合单元，用于根据本振光信号，对接收到的传输光信号进行分光处理和相干耦合，得到至少两路相干耦合后光信号；其中，所述传输光信号中包括参考光信号和量子光信号；所述至少两路相干耦合后光信号中包括至少一个第一相干耦合后光信号和至少一个第二相干耦合后光信号；每个第一相干耦合后光信号中至少包括所述参考光信号；每个第二相干耦合后光信号中至少包括所述量子光信号；
所述参考光平衡探测单元，用于对所述至少一个第一相干耦合后光信号进行光电转换和放大，得到至少一个第一电信号，并将所述至少一个第一电信号传输给所述载波恢复单元；
所述量子光平衡探测单元，用于对所述至少一个第二相干耦合后光信号进行光电转换和放大，得到至少一个第二电信号，并将所述至少一个第二电信号传输给所述密钥恢复单元；
所述载波恢复单元，用于从所述至少一个第一电信号中确定出所述本振光信号和所述参考光信号之间的相位频率信息，并将所述相位频率信息发送给所述密钥恢复单元；
所述密钥恢复单元，用于根据接收到的所述相位频率信息，从所述至少一个第二电信号中恢复出原始密钥。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括与所述载波恢复单元和所述相干耦合单元连接的本振单元，用于：
接收所述载波恢复单元发送的所述相位频率信息；
根据接收到的所述相位频率信息，生成所述本振光信号，并将所述本振光信号发送给所述相干耦合单元。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，若所述传输光信号通过一个偏振态传输，则所述传输光信号包括时分复用的参考光信号和量子光信号；且所述相干耦合单元包括第一分光单元，以及与所述第一分光单元连接的第一耦合单元和第二耦合单元，所述第一耦合单元与所述参考光平衡探测单元连接，所述第二耦合单元与所述量子光平衡探测单元连接：
所述本振单元，具体用于：
将所述本振光信号分为两路第一子本振光信号，并将所述两路第一子本振光信号分别发送给所述第一耦合单元和所述第二耦合单元；
所述第一分光单元，用于接收所述传输光信号，将所述传输光信号进行分光处理，得到两路分光处理后光信号，并将所述两路分光处理后光信号分别输入给所述第一耦合单元和所述第二耦合单元；
所述第一耦合单元，用于使用接收到的所述两路第一子本振光信号中的一路第一子本振光信号对接收到的所述两路分光处理后光信号中的一路分光处理后光信号进行相干耦合，得到所述至少两路相干耦合后光信号中的一路相干耦合后光信号；
所述第二耦合单元，用于使用接收到的所述两路第一子本振光信号中的另一路第一子本振光信号对接收到的所述两路分光处理后光信号中的另一路分光处理后光信号进行相干耦合，得到所述至少两路相干耦合后光信号中的另一路相干耦合后光信号。
4.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，若所述传输光信号通过一个偏振态传输，则所述传输光信号包括时分复用的参考光信号和量子光信号；且所述相干耦合单元包括第三耦合单元，以及与所述第三耦合单元连接的第二分光单元和第三分光单元，所述第二分光单元连接所述参考光平衡探测单元和所述量子光平衡探测单元，所述第三分光单元连接所述参考光平衡探测单元和所述量子光平衡探测单元：
所述第三耦合单元，用于使用所述本振光信号对所述传输光信号进行相干耦合，并将进行相干耦合后得到的光信号分为两路，得到两路第一相干后光信号，并将所述两路第一相干后光信号分别输入给所述第二分光单元和所述第三分光单元；
所述第二分光单元，用于将接收到的所述两路第一相干后光信号中的一路第一相干后光信号进行分光处理，得到一个在该路第一相干后光信号中占比为第一比例的第一相干后光信号，以及一个占比为第二比例的第一相干后光信号；其中所述第一比例与所述第二比例的和为1；
所述第三分光单元，用于将接收到的所述两路第一相干后光信号中的另一路第一相干后光信号进行分光处理，得到一个在该路第一相干后光信号中占比为第一比例的第一相干后光信号，以及一个占比为第二比例的第一相干后光信号；
其中，两个在每路第一相干后光信号中占比为第一比例的第一相干后光信号作为所述两路相干耦合后光信号中的一路相干耦合后光信号，两个在每路第一相干后光信号中占比为第二比例的第一相干后光信号作为所述两路相干耦合后光信号中的另一路相干耦合后光信号。
5.如权利要求2所述的装置，其特征在于，若所述传输光信号通过N个偏振态传输，N为大于1的整数，则：
所述相干耦合单元包括偏振分光单元，以及与所述偏振分光单元连接的子相干耦合单元，所述子相干耦合单元连接所述参考光平衡探测单元和所述量子光平衡探测单元；
所述偏振分光单元，用于通过偏振分光处理将所述传输光信号分为N路光信号，并对至少(N-1)路光信号进行偏振旋转，输出偏振态相同的N路初始光信号；其中一路初始光信号对应一个偏振态；
所述子相干耦合单元，用于根据接收到的所述本振光信号对所述N路初始光信号中的每路初始光信号至少进行相干耦合，输出至少N路相干耦合后光信号。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述N路初始光信号至少包括两路包括时分复用的参考光信号和量子光信号的初始光信号；
或者
所述N路初始光信号至少包括以下内容中的任两项：
包括时分复用的参考光信号和量子光信号的初始光信号、包括参考光信号的初始光信号、包括量子光信号的初始光信号。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述子相干耦合单元，具体用于：
当所述N路初始光信号中至少包括一路包括参考光信号的初始光信号时，使用在所述本振光信号中占比为第三比例的本振光信号对该路包括参考光信号的初始光信号进行相干耦合，得到包括所述参考光信号的一路相干耦合后光信号；
当所述N路初始光信号中至少包括一路包括量子光信号的初始光信号时，使用在所述本振光信号中占比为第四比例的本振光信号对该路包括量子光信号的初始光信号进行相干耦合，得到包括所述量子光信号的一路相干耦合后光信号；
当所述N路初始光信号中包括至少一路包括时分复用的参考光信号和量子光信号的初始光信号时，使用在所述本振光信号中占比为第五比例的本振光信号对一路包括时分复用的参考光信号和量子光信号的初始光信号进行相干耦合和分光处理，得到两路相干耦合后光信号；其中，所述两路相干耦合后光信号中的每路相干耦合后光信号中包括参考光信号和量子光信号。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，当所述N路初始光信号中包括至少一路包括时分复用的参考光信号和量子光信号的初始光信号时：
所述本振单元，具体用于：
将所述本振光信号中占比为第五比例的本振光信号分为两路第二子本振光信号，并将所述两路第二子本振光信号发送给所述子相干耦合单元；
所述子相干耦合单元，具体用于：
将该路包括时分复用的参考光信号和量子光信号的初始光信号进行分光处理，得到两路分光处理后初始光信号；
使用接收到的所述两路第二子本振光信号分别对所述两路分光处理后初始光信号中的每路分光处理后初始光信号进行相干耦合，得到所述至少两路相干耦合后光信号中的两路相干耦合后光信号；其中，一路本振光信号对应一路分光处理后初始光信号。
9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，在所述N路初始光信号中包括至少一路包括时分复用的参考光信号和量子光信号的初始光信号时，具体用于：
使用在所述本振光信号中占比为第五比例的本振光信号，对包括时分复用的参考光信号和量子光信号的初始光信号进行相干耦合，并将进行相干耦合后得到的光信号分为两路，得到两路第二相干后光信号；
对所述两路第二相干后光信号中的每路第二相干后光信号进行分光处理，得到两个在每路第二相干后光信号中占比为第六比例的第二相干后光信号，以及两个占比为第七比例的第二相干后光信号；其中所述第六比例与所述第七比例的和为1；
其中，两个在每路第二相干后光信号中占比为第六比例的第二相干后光信号为所述两路相干耦合后光信号中的一路相干耦合后光信号；两个在每路第二相干后光信号中占比为第七比例的第二相干后光信号为所述两路相干耦合后光信号中的另一路相干耦合后光信号。
10.如权利要求1至3任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述载波恢复单元包括与所述参考光平衡探测单元连接的第一模数转换器ADC单元，和与所述第一ADC单元连接的第一处理单元；
所述第一ADC单元，用于接收所述至少一个第一电信号，并对所述至少一个第一电信号中的每个第一电信号进行采样量化，得到参考信号采样序列，并将所述参考信号采样序列发送给第一处理单元；每个第一相干耦合后光信号中包括的所述参考光信号在对应的第一电信号中对应的电信号幅值处于所述第一ADC单元的第一预设幅值范围内；
所述第一处理单元，用于根据接收到的所述参考信号采样序列，确定出所述本振光信号和所述参考光信号之间的相位频率信息，并将所述相位频率信息发送给所述密钥恢复单元。
11.如权利要求1至3任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述密钥恢复单元包括与所述量子光平衡探测单元连接的第二ADC单元，和与所述第二ADC单元连接的第二处理单元；
所述第二ADC单元，用于接收所述至少一个第二电信号，并对所述至少一个第二电信号中的每个第二电信号进行采样量化，得到量子信号采样序列，并将所述量子信号采样序列发送给第二处理单元；每个第二相干耦合后光信号中包括的所述量子光信号在对应的第二电信号中对应的电信号幅值处于所述第二ADC单元的第二预设幅值范围内；
所述第二处理单元，用于根据接收到的所述量子信号采样序列，以及接收到的所述相位频率信息，恢复出原始密钥。
12.如权利要求1至3任一权利要求所述的装置，其特征在于，还包括与所述相干耦合单元连接的偏振控制单元，用于：
接收所述传输光信号，并将接收到的所述传输光信号的偏振态调整为固定值；
将偏振态为固定值的传输光信号发送给所述相干耦合单元。
13.如权利要求1至3任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述本振光信号包括用于对所述传输光信号中的所述参考光信号进行拟合的第一本振光信号，以及用于对所述传输光信号中的所述量子光信号进行拟合的第二本振光信号；
所述第一本振光信号的相位为预设的固定相位值中的一个；所述第二本振光信号的相位为所述预设的固定相位值中的随机值。
14.一种原始密钥恢复方法，其特征在于，包括：
根据本振光信号，对接收到的传输光信号进行分光处理和相干耦合，得到至少两路相干耦合后光信号；其中，所述传输光信号中包括参考光信号和量子光信号；所述至少两路相干耦合后光信号中包括至少一个第一相干耦合后光信号和至少一个第二相干耦合后光信号；每个第一相干耦合后光信号中至少包括所述参考光信号；每个第二相干耦合后光信号中至少包括所述量子光信号；
对所述至少一个第一相干耦合后光信号进行光电转换和放大，得到至少一个第一电信号；对所述至少一个第二相干耦合后光信号进行光电转换和放大，得到至少一个第二电信号；
从所述至少一个第一电信号中确定出所述本振光信号和所述参考光信号之间的相位频率信息；根据接收到的所述相位频率信息，从所述至少一个第二电信号中恢复出原始密钥。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述根据本振光信号，对接收到的传输光信号进行分光处理和相干耦合，得到至少两路相干耦合后光信号之前，还包括：
根据所述相位频率信息，生成所述本振光信号。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，若所述传输光信号通过一个偏振态传输，则所述传输光信号包括时分复用的参考光信号和量子光信号；且：
所述根据本振光信号，对接收到的传输光信号进行分光处理和相干耦合，得到至少两路相干耦合后光信号，包括：
接收所述传输光信号，将所述传输光信号进行分光处理，得到两路分光处理后光信号；
将所述本振光信号分为两路第一子本振光信号，使用所述两路第一子本振光信号中对所述两路分光处理后光信号分别进行相干耦合，得到所述至少两路相干耦合后光信号；其中，一路第一子本振光信号对应一路分光处理后光信号。
17.如权利要求14或15所述的方法，其特征在于，若所述传输光信号通过一个偏振态传输，则所述传输光信号包括时分复用的参考光信号和量子光信号；且：
所述根据本振光信号，对接收到的传输光信号进行分光处理和相干耦合，得到至少两路相干耦合后光信号，包括：
使用所述本振光信号对所述传输光信号进行相干耦合，并将进行相干耦合后得到的光信号分为两路，得到两路第一相干后光信号；
将接收到的所述两路第一相干后光信号中的一路第一相干后光信号进行分光处理，得到一个在该路第一相干后光信号中占比为第一比例的第一相干后光信号，以及一个占比为第二比例的第一相干后光信号；其中所述第一比例与所述第二比例的和为1；
将接收到的所述两路第一相干后光信号中的另一路第一相干后光信号进行分光处理，得到一个在该路第一相干后光信号中占比为第一比例的第一相干后光信号，以及一个占比为第二比例的第一相干后光信号；
其中，两个在每路第一相干后光信号中占比为第一比例的第一相干后光信号作为所述两路相干耦合后光信号中的一路相干耦合后光信号，两个在每路第一相干后光信号中占比为第二比例的第一相干后光信号作为所述两路相干耦合后光信号中的另一路相干耦合后光信号。
18.如权利要求15所述的方法，其特征在于，若所述传输光信号通过N个偏振态传输，N为大于1的整数，则：
所述根据本振光信号，对接收到的传输光信号进行分光处理和相干耦合，得到至少两路相干耦合后光信号，包括：
通过偏振分光处理将所述传输光信号分为N路光信号，并对至少(N-1)路光信号进行偏振旋转，输出偏振态相同的N路初始光信号；其中一路初始光信号对应一个偏振态；
根据接收到的所述本振光信号对所述N路初始光信号中的每路初始光信号至少进行相干耦合，输出至少N路相干耦合后光信号。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述N路初始光信号至少包括两路包括时分复用的参考光信号和量子光信号的初始光信号；
或者
所述N路初始光信号至少包括以下内容中的任两项：
包括时分复用的参考光信号和量子光信号的初始光信号、包括参考光信号的初始光信号、包括量子光信号的初始光信号。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述根据接收到的所述本振光信号对所述N路初始光信号中的每路初始光信号至少进行相干耦合，输出至少N路相干耦合后光信号，包括：
当所述N路初始光信号中至少包括一路包括参考光信号的初始光信号时，使用在所述本振光信号中占比为第三比例的本振光信号对该路包括参考光信号的初始光信号进行相干耦合，得到包括所述参考光信号的一路相干耦合后光信号；
当所述N路初始光信号中至少包括一路包括量子光信号的初始光信号时，使用在所述本振光信号中占比为第四比例的本振光信号对该路包括量子光信号的初始光信号进行相干耦合，得到包括所述量子光信号的一路相干耦合后光信号；
当所述N路初始光信号中包括至少一路包括时分复用的参考光信号和量子光信号的初始光信号时，使用在所述本振光信号中占比为第五比例的本振光信号对一路包括时分复用的参考光信号和量子光信号的初始光信号进行相干耦合和分光处理，得到两路相干耦合后光信号；其中，所述两路相干耦合后光信号中的每路相干耦合后光信号中包括参考光信号和量子光信号。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，所述使用在所述本振光信号中占比为第五比例的本振光信号对一路包括时分复用的参考光信号和量子光信号的初始光信号进行相干耦合和分光处理，得到两路相干耦合后光信号，包括：
将该路包括时分复用的参考光信号和量子光信号的初始光信号进行分光处理，得到两路分光处理后初始光信号；
将所述本振光信号中占比为第五比例的本振光信号分为两路第二子本振光信号；使用所述两路第二子本振光信号分别对所述两路分光处理后初始光信号中的每路分光处理后初始光信号进行相干耦合，得到所述至少两路相干耦合后光信号中的两路相干耦合后光信号；其中，一路本振光信号对应一路分光处理后初始光信号。
22.如权利要求20所述的方法，其特征在于，所述使用在所述本振光信号中占比为第五比例的本振光信号对一路包括时分复用的参考光信号和量子光信号的初始光信号进行相干耦合和分光处理，得到两路相干耦合后光信号，包括：
使用在所述本振光信号中占比为第五比例的本振光信号，对包括时分复用的参考光信号和量子光信号的初始光信号进行相干耦合，并将进行相干耦合后得到的光信号分为两路，得到两路第二相干后光信号；
对所述两路第二相干后光信号中的每路第二相干后光信号进行分光处理，得到两个在每路第二相干后光信号中占比为第六比例的第二相干后光信号，以及两个占比为第七比例的第二相干后光信号；其中所述第六比例与所述第七比例的和为1；
其中，两个在每路第二相干后光信号中占比为第六比例的第二相干后光信号为所述两路相干耦合后光信号中的一路相干耦合后光信号；两个在每路第二相干后光信号中占比为第七比例的第二相干后光信号为所述两路相干耦合后光信号中的另一路相干耦合后光信号。
23.如权利要求14至16任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述从所述至少一个第一电信号中确定出所述本振光信号和所述参考光信号之间的相位频率信息，包括：
接收所述至少一个第一电信号，并对所述至少一个第一电信号中的每个第一电信号进行采样量化，得到参考信号采样序列；每个第一相干耦合后光信号中包括的所述参考光信号在对应的第一电信号中对应的电信号幅值处于第一预设幅值范围内；
根据接收到的所述参考信号采样序列，确定出所述本振光信号和所述参考光信号之间的相位频率信息。
24.如权利要求14至16任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述根据接收到的所述相位频率信息，从所述至少一个第二电信号中恢复出原始密钥，包括：
接收所述至少一个第二电信号，并对所述至少一个第二电信号中的每个第二电信号进行采样量化，得到量子信号采样序列；每个第二相干耦合后光信号中包括的所述量子光信号在对应的第二电信号中对应的电信号幅值处于第二预设幅值范围内；
根据接收到的所述量子信号采样序列，以及接收到的所述相位频率信息，恢复出原始密钥。
25.如权利要求14至16任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述根据本振光信号，对接收到的传输光信号进行分光处理和相干耦合，得到至少两路相干耦合后光信号之前，还包括：
接收所述传输光信号，并将接收到的所述传输光信号的偏振态调整为固定值。
26.如权利要求14至16任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述本振光信号包括用于对所述传输光信号中的所述参考光信号进行拟合的第一本振光信号，以及用于对所述传输光信号中的所述量子光信号进行拟合的第二本振光信号；
所述第一本振光信号的相位为预设的固定相位值中的一个；所述第二本振光信号的相位为所述预设的固定相位值中的随机值。
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101833956B1 (ko) * 2017-05-19 2018-03-02 한국과학기술원 연속 변수 양자 암호 키분배 위상 보정 시스템
CN107612688B (zh) * 2017-09-30 2021-11-30 上海交通大学 基于机器学习的cvqkd实时性能优化方法及系统
US11238428B1 (en) * 2018-04-25 2022-02-01 Marvell Asia Pte, Ltd. System and method for secure transactions to transmit cryptocurrency
CN110752913B (zh) * 2018-07-23 2021-02-23 华为技术有限公司 量子密钥传输装置及系统
GB2582300A (en) * 2019-03-14 2020-09-23 Univ York Methods and apparatus for coherent signal amplification and detection
US11228431B2 (en) * 2019-09-20 2022-01-18 General Electric Company Communication systems and methods for authenticating data packets within network flow
CN112448815B (zh) * 2021-02-01 2021-07-16 南京邮电大学 一种可配置多种协议的量子密钥分发装置
CN112994878B (zh) * 2021-02-04 2021-10-29 山东越海通信科技股份有限公司 一种量子通信系统及具有该系统的城域网
IT202100013571A1 (it) * 2021-05-25 2022-11-25 Qti Srl Ricevitore di distribuzione di chiavi quantistiche e metodo per rilevare una chiave crittografica

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005046114A2 (en) * 2003-11-05 2005-05-19 Northwestern University Coherent-states based quantum data-encryption through optically-amplified wdm communication networks
JP2006013573A (ja) 2004-06-22 2006-01-12 Hitachi Ltd 量子光伝送装置
JP4795692B2 (ja) 2005-01-07 2011-10-19 株式会社日立製作所 光送信機、光送受信システム、および量子光生成器
JP4662040B2 (ja) * 2005-07-08 2011-03-30 日本電気株式会社 通信システムおよびその同期制御方法
GB2430124B (en) 2005-09-09 2008-01-09 Toshiba Res Europ Ltd Quantum communication system
US7606498B1 (en) 2005-10-21 2009-10-20 Nortel Networks Limited Carrier recovery in a coherent optical receiver
WO2007092220A2 (en) * 2006-02-03 2007-08-16 Magiq Technologies, Inc. Entanglement-based qkd system with active phase tracking
JP4746588B2 (ja) 2007-06-07 2011-08-10 日本電信電話株式会社 量子暗号通信装置及び量子暗号通信方法
US7853020B2 (en) * 2007-09-19 2010-12-14 Mogiq Technologies, Inc. Systems and methods for enhanced quantum key formation using an actively compensated QKD system
US8532498B2 (en) 2008-02-08 2013-09-10 Celight Secure orthogonal frequency multiplexed optical communications
CN101540760B (zh) * 2009-04-23 2012-07-18 上海交通大学 量子密钥协商方法
JP2011109302A (ja) * 2009-11-16 2011-06-02 Japan Science & Technology Agency 量子鍵配付送信装置
WO2013057967A1 (ja) * 2011-10-21 2013-04-25 日本電気株式会社 光受信器、光受信装置および光受信強度補正方法
CN102724036B (zh) * 2012-06-04 2015-01-14 上海交通大学 连续变量量子密钥分发系统及其同步实现方法
CN102868520B (zh) * 2012-08-28 2015-10-14 上海交通大学 连续变量量子密钥分发系统及其相位补偿方法
CN102916807B (zh) * 2012-10-12 2015-05-20 上海交通大学 连续变量量子密钥分发系统的偏振补偿实现方法
CN104737491A (zh) * 2012-10-15 2015-06-24 诺基亚技术有限公司 量子密钥分配
WO2014115118A2 (en) * 2013-01-25 2014-07-31 Selex Es S.P.A. Quantum cryptographic key distribution system including two peripheral devices and an optical source
JP6157974B2 (ja) * 2013-07-31 2017-07-05 株式会社東芝 送信機、受信機、量子鍵配送（ＱＫＤ；ＱｕａｎｔｕｍＫｅｙＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）システム及び量子鍵配送方法
CN105024809B (zh) * 2015-07-22 2018-05-04 上海交通大学 基于高斯调制相干态的长距离连续变量量子密钥分发方法

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