CN108667602B - 量子密钥分配装置及系统 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种量子密钥分配装置及系统，属于信息安全技术领域。该装置包括：衰减器、控制器、激光源、强度调制器IM以及干涉仪，其中，激光源用于输出光信号，IM用于对光信号的强度进行调制，并将调制后的光信号输出至干涉仪，干涉仪用于得到具有时间差的两个光信号，并将得到的两个光信号输出至衰减器；控制器用于当需要分配量子密钥时，控制衰减器将接收到的两个光信号衰减为两个量子信号并输出，控制器还用于当需要校准零点电压时，控制衰减器将接收到的两个光信号衰减为两个非量子信号并输出，其中，量子信号的光功率低于非量子信号的光功率。本申请实施例改善了零点电压带来的误码问题。

Description

量子密钥分配装置及系统
技术领域
本申请涉及信息安全技术领域，特别涉及一种量子密钥分配装置及系统。
背景技术
随着社会进入全面信息化时代，信息安全越来越受到大家的重视，通信双方往往基于密钥传输信息。一般地，发送端会在通信前将密钥分配给接收端，为避免密钥在分配过程中被窃听，各种设计精巧的密钥应运而生。其中，量子密钥以量子的不可复制性，在分配过程中的防窃听效果尤为显著。
目前，一般通过量子密钥分配(Quantum Key Distribution，QKD)系统分配量子密钥。如图1所示，在QKD系统中，发送端可以包括激光二极管(laser Diode，LD)、强度调制器(Intensity Modulator，IM)、衰减器Attenuator和不等臂马赫曾德尔干涉仪A(以下简称干涉仪)。接收端包括与发送端相同的干涉仪B以及两个单光子探测器(Single PhotonDetector，SPD)。其中，每个干涉仪的短臂上设置有法拉第反射镜(Faraday Mirror，FM)，长臂上设置有FM和相位调制器(Phase Modulator，PM)。在分配量子密钥时，发送端的LD发出光信号，由IM对光信号的强度进行调制，调制后的光信号由干涉仪A转变为具有时间差的两个光信号，并由PM对长臂上的光信号进行相位调制，调制的相位可以随机为0、π/2、π或3π/2，进而，从干涉仪A的两臂输出的两个光信号输出至衰减器，以大幅度衰减每个光信号包含的平均光子数，从而得到量子信号a1和a2，并将两个量子信号按照时间先后发送至接收端。接收端的干涉仪B接收到每个量子信号时，均可以将该量子信号转变具有时间差的两个量子信号，并由PM对长臂上的量子信号进行相位调制，调制的相位可以随机为0或π/2。设a1从干涉仪B的短臂输出的量子信号为a1b1，从长臂输出的量子信号为a1b2；设a2从短臂输出的量子信号为a2b1，从长臂输出的量子信号为a2b2，由于干涉仪A与干涉仪B相同，信号转变时的时间差相同，使得a1b2和a2b1可以同时从干涉仪B输出，成为相干涉的量子信号，并根据二者的相位差将信号中的光子输出至SPD1或SPD2：当a1b2和a2b1的相位差为0或π时，两个量子信号中的光子可以全部输出至SPD1或SPD2；当a1b2和a2b1的相位差为π/2或3π/2时，两个量子信号中的部分光子可以输出至SPD1，另一部分光子输出至SPD2,因此，接收端可以将SPD1和SPD2对光子的计数值与阈值进行比较，并根据比较结果得到量子密钥。例如，当SPD1的计数值大于阈值时，SPD1进行响应，获取对应的密钥值为1，当SPD2的计数值大于阈值时，SPD 2进行响应，获取对应的密钥值为0，从而获取到的一串密钥值作为量子密钥。
在实现本申请的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：
相位调制器在不同的电压下会调制出不同的相位，然而，相位调制器自身受温度、振动等外界条件影响，即使施加相同的电压，在不同的外界条件下也会调制出不同的相位，导致相位调制器的零点电压会发生改变，零点电压是指调制出0相位时所施加的电压，使得接收端基于原来的零点电压调制相位时，实际调制出的相位不准确，进而导致接收端对光子的计数值有误，分配到的量子密钥出错。因此，亟需一种量子密钥分配装置，改善零点电压带来的误码问题。
发明内容
为了解决现有技术的问题，本申请实施例提供了一种量子密钥分配装置及系统。所述技术方案如下：
第一方面，提供了一种量子密钥分配装置，所述装置包括：衰减器、控制器、激光源、强度调制器IM以及干涉仪，
其中，所述激光源用于输出光信号，所述IM用于对所述光信号的强度进行调制，并将调制后的光信号输出至所述干涉仪，所述干涉仪用于得到具有时间差的两个光信号，并将得到的两个光信号输出至所述衰减器；
所述控制器用于当需要分配量子密钥时，控制所述衰减器将接收到的两个光信号衰减为两个量子信号并输出，所述控制器还用于当需要校准零点电压时，控制所述衰减器将接收到的两个光信号衰减为两个非量子信号并输出，其中，所述量子信号的光功率低于所述非量子信号的光功率。
本申请实施例通过当需要分配量子密钥时，控制衰减器将接收到的两个光信号衰减为两个量子信号并输出，当需要校准零点电压时，控制衰减器将接收到的两个光信号衰减为两个非量子信号并输出，使接收端可以基于量子信号得到量子密钥，也可以使接收端基于非量子信号中的光子计数值校准零点电压，从而改善了零点电压带来的误码问题。而且，由于非量子信号的平均光子数相比量子信号更多，在每个电压下可以更快地累积得到足够的光子数，提高了校准零点电压的效率，并为分配量子密钥提供了更充足的编码时间。
在一种可能实现方式中，所述装置还包括波分复用器，所述波分复用器用于将所述控制器输出的光信号和所述衰减器输出的光信号合并，并发送至另一量子密钥分配装置，其中，所述控制器输出的光信号与所述衰减器输出的光信号的波长不同，用于确保两个量子密钥分配装置的同步。
在一种可能实现方式中，所述控制器与另一量子密钥分配装置的控制器连接，用于传输同步信号。
以上两种实现方式提供了传输同步信号的两种具体过程。即可以采用波分复用的方式传输同步信号，也可以采用控制器间直接连接的方式进行传输，使得发送端和接收端当前的事件同步，保证了量子密钥分配过程和零点电压校准过程均可以合理有序地进行。
在一种可能实现方式中，所述干涉仪包括相位调制器；
所述控制器对所述相位调制器所施加的电压保持不变。
该实现方式提供了校准零点电压的具体方式，通过保持发送端的电压，调节接收端的电压，可以确定接收端的电压与光信号经两次相位调制后的相位差之间的对应关系，并根据干涉原理，最大光子计数值对应干涉相长的情况，也即是相位差为0的情况，因此可以将此时的电压确定为零点电压，并进行校准。
第二方面，提供了一种量子密钥分配装置，所述装置包括：干涉仪、控制器、光选择器、单光子探测器SPD以及光电二极管；
其中，所述干涉仪用于接收光信号，得到相干涉的光信号，将所述相干涉的光信号输出至所述光选择器，所述光选择器用于将所述相干涉的光信号输出至所述光电二极管和/或所述SPD；
所述SPD用于在所述相干涉的光信号为量子信号时，对所述量子信号的光子进行计数，所述光电二极管用于在所述相干涉的光信号为非量子信号时，对所述非量子信号的光子进行计数；
所述控制器用于基于所述光电二极管中的光子计数值校准零点电压。
在一种可能实现方式中，所述光选择器为光开关，
所述光开关用于基于所述控制器的控制，将所述量子信号输出至所述SPD，将所述非量子信号输出至所述光电二极管。
在一种可能实现方式中，所述光选择器为光分束器，
所述光分束器用于将所述相干涉的光信号输出至所述SPD和所述光电二极管；
所述控制器用于当所述相干涉的光信号为量子信号时，控制打开所述SPD的输入接口，当所述相干涉的光信号为非量子信号时，控制打开所述光电二极管的输入接口。
以上两种实现方式提供了两种控制SPD或光电二极管进行计数的方式，既可以通过光开关直接控制量子信号或非量子信号的输出方向，也可以通过光分束器将当前的光信号分路，由控制器对SPD或光电二极管的输入接口进行控制，使得控制方式多样化。
在一种可能实现方式中，所述干涉仪包括相位调制器；
所述控制器用于对所述相位调制器所施加的电压进行调节,基于所述光电二极管中的光子计数值，得到对所述相位调制器所施加的电压与所述光电二极管中的光子计数值之间的对应关系，基于所述对应关系，得到零点电压，将对所述相位调制器施加的电压调节至所述零点电压，其中，所述零点电压为最大光子计数值对应的电压。
在一种可能实现方式中，所述装置还包括波分复用器，
所述波分复用器用于接收另一量子密钥分配装置发送的两个光信号，所述两个光信号包括同步信号和输出信号；基于每个光信号的波长，将所述同步信号发送至所述控制器，将所述输出信号发送至所述干涉仪。
在一种可能实现方式中，所述控制器与另一量子密钥分配装置的控制器连接，用于接收同步信号。
在一种可能实现方式中，所述控制器还用于基于所述SPD中的光子计数值得到量子密钥。
第三方面，提供了一种量子密钥分配系统，所述系统包括如第一方面的任一种可能实现方式所述的量子密钥分配装置以及如第二方面的任一种可能实现方式所述的量子密钥分配装置。
本申请实施例中，量子信号一般是指平均光子数在百量级以下的光信号，非量子信号一般是指平均光子数在百量级以上的光信号。本申请实施例不限定量子信号或非量子信号中的平均光子数的具体数值。
同步信号用于实现量子密钥分配装置之间的事件同步，如，使两个量子密钥分配装置同时进行量子密钥分配过程或者零点电压校准过程。
附图说明
图1是本申请实施例提供的一种量子密钥分配系统的框图；
图2是本申请实施例提供的一种量子密钥分配装置的框图；
图3是本申请实施例提供的一种量子密钥分配装置的框图；
图4是本申请实施例提供的一种对应关系示意图；
图5是本申请实施例提供的一种量子密钥分配系统的框图；
图6是本申请实施例提供的一种量子密钥分配系统的框图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。
图2是本申请实施例提供的一种量子密钥分配装置的框图。参见图2，该装置包括：衰减器201、控制器202、激光源203、强度调制器IM204以及干涉仪205。
其中，该量子密钥分配装置对应量子密钥分配过程中的发送端。激光源203不限于激光二极管LD，用于输出光信号。
IM204可以接收激光源203输出的光信号，用于对该光信号的强度进行调制，并将调制后的光信号输出至干涉仪205。本申请实施例对调制的强度不做具体限定。例如，可以将该光信号调制到信号态、诱骗态或真空态，光信号在每种状态下的强度不同。
干涉仪205是指不等臂马赫曾德尔干涉仪，用于得到具有时间差的两个光信号，并将得到的两个光信号输出至衰减器201。该干涉仪205接收到的光信号经过该干涉仪205上的Y分支后，可以转变为两个相同的光信号，一个光信号通过干涉仪205的短臂输出；另一个光信号通过干涉仪205的长臂，由长臂上的相位调制器206进行相位调制后输出。由于短臂和长臂上的光程不同，因此干涉仪可以输出具有时间差的两个光信号。
控制器202用于当需要分配量子密钥时，控制衰减器201将接收到的两个光信号衰减为两个量子信号并输出，控制器202还用于当需要校准零点电压时，控制衰减器201将接收到的两个光信号衰减为两个非量子信号并输出。其中，量子信号的光功率低于非量子信号的光功率。具体地，控制器202可以用于当需要分配量子密钥时，控制衰减器201的衰减值为第一衰减值，得到衰减后的两个量子信号并输出，控制器202还可以用于当需要校准零点电压时，控制衰减器201的衰减值为第二衰减值，得到衰减后的两个非量子信号并输出。其中，第一衰减值大于第二衰减值。本申请实施例对第一衰减值和第二衰减值的具体数值均不作具体限定。本申请实施例对控制衰减器的具体方式不做限定。例如，控制器202对衰减器施加控制信号，该控制信号用于控制衰减器中挡光元件的位置，从而改变衰减器的衰减值。
本申请实施例对需要分配量子密钥或校准零点电压的时机不做限定。例如，当控制器202输出的电信号为上升沿时，确定需要分配量子密钥，当控制器202输出的电信号为下降沿时，确定需要校准零点电压。当然，量子密钥的分配过程或零点电压的校准过程都可以是周期性进行的。
本申请实施例通过当需要分配量子密钥时，控制衰减器将接收到的两个光信号衰减为两个量子信号并输出，当需要校准零点电压时，控制衰减器将接收到的两个光信号衰减为两个非量子信号并输出，使接收端可以基于量子信号得到量子密钥，也可以使接收端基于非量子信号中的光子计数值校准零点电压，从而改善了零点电压带来的误码问题。而且，由于非量子信号的平均光子数相比量子信号更多，在每个电压下可以更快地累积得到足够的光子数，提高了校准零点电压的效率，并为分配量子密钥提供了更充足的编码时间。
在一种可能实现方式中，该装置还包括波分复用器207，波分复用器207用于将控制器202输出的光信号和衰减器201输出的光信号合并，并发送至另一量子密钥分配装置，其中，控制器202输出的光信号与衰减器输出的光信号的波长不同，用于确保两个量子密钥分配装置的同步。
该实现方式中，另一量子密钥分配装置对应该量子密钥分配过程中的接收端，发送端和接收端的控制器可以分别为一个现场可编程门阵列(Field－Programmable GateArray，FPGA)。本申请实施例对控制器输出的光信号指示同步的方式不做限定。例如，控制器202输出与本端的电信号同频的光信号，另一量子密钥分配装置的波分复用器可以基于该光信号和衰减器输出的光信号的波长，将该光信号发送至对应的控制器，将衰减器输出的光信号发送至干涉仪，进而，控制器可以将接收到的光信号转换成与发送端相同的电信号，基于和发送端配置的相同时机，当该电信号为上升沿时，确定需要分配量子密钥，当该电信号为下降沿时，确定需要校准零点电压。
在一种可能实现方式中，控制器202与另一量子密钥分配装置的控制器连接，用于传输同步信号。
其中，同步信号用于实现发送端和接收端的事件同步。该实现方式中，控制器202可以直接通过连接关系将同步信号传输至接收端的控制器，使得接收端的控制器可以基于同步信号的边沿变化确定当前需要进行量子密钥分配或零点电压校准。该连接关系不限于电连接关系。
以上两种实现方式提供了传输同步信号的两种具体过程。即可以采用波分复用的方式传输同步信号，也可以采用控制器间直接连接的方式进行传输，使得发送端和接收端当前的事件同步，保证了量子密钥分配过程和零点电压校准过程均可以合理有序地进行。
在一种可能实现方式中，当需要校准零点电压时，为得到相干涉的光信号的相位差和光子计数值之间的对应关系，从而得到零点电压，发送端的控制器202对相位调制器206所施加的电压可以保持不变，而是接收端的控制器对相位调制器206所施加的电压进行调节。本申请实施例对保持的电压的具体数值不做限定。
该实现方式提供了校准零点电压的具体方式，通过保持发送端的电压，调节接收端的电压，可以确定接收端的电压与光信号经两次相位调制后的相位差之间的对应关系，并根据干涉原理，最大光子计数值对应干涉相长的情况，也即是相位差为0的情况，因此可以将此时的电压确定为零点电压，并进行校准。
另外，当需要分配量子密钥时，控制器202对相位调制器206所施加的电压进行调节，使得相位调制器206将长臂上的光信号的相位调制为与当前施加电压对应的相位，使得接收端可以基于光信号的相位得到量子密钥。
图3是本申请实施例提供的一种量子密钥分配装置的框图。参见图3，该装置包括：干涉仪301、控制器302、光选择器303、单光子探测器SPD304以及光电二极管305。
其中，该量子密钥分配装置对应量子密钥分配过程中的接收端。干涉仪301用于接收光信号，得到相干涉的光信号，将相干涉的光信号输出至光选择器303；
光选择器303用于将相干涉的光信号输出至光电二极管305和/或SPD304；
SPD304用于在相干涉的光信号为量子信号时，对量子信号的光子进行计数，光电二极管305用于在相干涉的光信号为非量子信号时，对非量子信号的光子进行计数；
光电二极管305不限于雪崩光电二极管APD或正负(Positive Negative，PN)型光电二极管等。需要说明的是，此处的SPD304或光电二极管305是指一对SPD或一对光电二极管；
控制器302用于基于光电二极管305中的光子计数值校准零点电压。
本申请实施例中，干涉仪301与本次量子密钥分配过程中的发送端的干涉仪的结构相同。事实上，由于量子密钥分配过程中的发送端可以发送具有时间差的两个光信号，因此干涉仪301可以依次接收到具有时间差的两个光信号，该具有时间差的两个光信号通过该干涉仪301可以转变为四个光信号，该四个光信号中的两个光信号由于从发送端到接收端经历的光程相同，会成为相干涉的光信号，并由该干涉仪301输出至光选择器303。
而且，本申请实施例对光选择器不做具体限定。例如，本申请实施例提供以下至少两种可能实现方式：
实现方式1、光选择器303可以为光开关，光开关用于基于控制器302的控制，将量子信号输出至SPD304，将非量子信号输出至光电二极管305。
该实现方式中，控制器302可以基于同步信号与发送端的事件同步，向光开关施加与当前事件对应的控制信号，使得光开关基于控制信号将量子信号输出至SPD304，或者将非量子信号输出至光电二极管305。
本申请实施例对具体的控制方式不做限定。例如，该控制信号用于控制光开关通往SPD304或光电二极管305的波导的透射率，当需要分配量子密钥时，控制器302向光开光施加第一控制信号，提高光开关通往SPD304的波导的透射率，降低光开关通往光电二极管305的波导的透射率，使得光开关将量子信号输出至SPD304；当需要校准零点电压时，控制器302向光开光施加第二控制信号，降低光开关通往SPD304的波导的透射率，提高光开关通往光电二极管305的波导的透射率，使得光开光将非量子信号输出至光电二极管305。
实现方式2、光选择器303可以为光分束器，光分束器用于将相干涉的光信号输出至SPD304和光电二极管305；控制器302用于当相干涉的光信号为量子信号时，控制打开SPD304的输入接口，当相干涉的光信号为非量子信号时，控制打开光电二极管305的输入接口。
该实现方式中，本申请实施例对控制打开输入接口的具体方式不做限定。例如，控制器301通过对SPD304和光电二极管305施加不同的电信号，当需要分配量子密钥时，控制打开SPD304的输入接口，且控制关闭光电二极管305的输入接口；当需要校准零点电压时，控制关闭SPD304的输入接口，且控制关闭光电二极管305的输入接口。事实上，为了减少切换控制的次数，实现过程更简便，也可以始终保持光电二极管305的输入接口处于打开状态，当需要分配量子密钥时，控制打开SPD304的输入接口，当校准零点电压时，控制关闭SPD304的输入接口。而且由于光电二极管305可探测的光信号的强度高于量子信号的强度，该方式不会对器件造成损坏。
以上两种实现方式提供了两种控制SPD或光电二极管进行计数的方式，既可以通过光开关直接控制量子信号或非量子信号的输出方向，也可以通过光分束器将当前的光信号分路，由控制器对SPD或光电二极管的输入接口进行控制，使得控制方式多样化。
本申请实施例通过当需要分配量子密钥时，基于量子信号在SPD中的光子计数值得到量子密钥，当需要校准零点电压时，基于非量子信号中的光子计数值进行校准，从而改善了零点电压带来的误码问题。而且，由于非量子信号的平均光子数相比量子信号更多，在每个电压下可以更快地累积得到足够的光子数，提高了校准零点电压的效率，并为分配量子密钥提供了更充足的编码时间。
在一种可能实现方式中，干涉仪301包括相位调制器306，在校准零点电压时，控制器302用于对相位调制器306所施加的电压进行调节,基于光电二极管305中的光子计数值，得到对相位调制器306所施加的电压与光电二极管305中的光子计数值之间的对应关系，基于对应关系，得到零点电压，将对相位调制器306施加的电压调节至零点电压，其中，零点电压为最大光子计数值对应的电压。
该实现方式中，控制器302可以实时调节对相位调制器306所施加的电压，并获取施加该电压时一个SPD中的光子计数值，为了累积足够、有效的校准数据，控制器302可以在每个电压下进行多次光子计数后，调节至下一个电压，直到调节的电压的数值区间达到一个周期为止，由于相干涉的光信号的相位差为0时为相长干涉，光子理应全部进入一个SPD，因此如果在某一电压下得到的光子计数值最大，说明该电压对应的相位差为0，进而可以将该电压作为零点电压，由于相干涉的光信号的相位差为π时为相消干涉，光子理应会全部进入另一个SPD，这一个SPD中的光子计数值理应接近0，因此如果在某一电压下得到的光子计数值最小，说明该电压对应的相位差为π，进而可以将该电压作为π电压，即需要调制的相位为π时的电压，又由于π/2电压为零点电压和π电压的中值，因此可以得到需要调制的相位为π/2时对应的π/2电压。
以直角坐标系建立该对应关系为例，上述对应关系可以如图4所示。横坐标表示电压值，纵坐标表示光子计数值，每个电压值可以对应一个光子计数值，从而将纵坐标的最大值对应的横坐标的值作为零点电压。
该实现方式提供了校准零点电压的具体方式，通过保持发送端的电压，调节接收端的电压，可以确定接收端的电压与光信号经两次相位调制后的相位差之间的对应关系，并根据干涉原理，最大光子计数值对应干涉相长的情况，也即是相位差为0的情况，因此可以将此时的电压确定为零点电压，并进行校准。
在一种可能实现方式中，该装置还包括波分复用器307，该波分复用器307用于接收另一量子密钥分配装置发送的两个光信号，两个光信号包括同步信号和输出信号；基于每个光信号的波长，将同步信号发送至控制器，将输出信号发送至干涉仪。
该实现方式与图2实施例的波分复用的方式同理。
在一种可能实现方式中，控制器与另一量子密钥分配装置的控制器连接，用于接收同步信号。
该实现方式与图2实施例中以直接连接的方式传输同步信号的方式同理。
以上两种实现方式提供了传输同步信号的两种具体过程。即可以采用波分复用的方式传输同步信号，也可以采用控制器间直接连接的方式进行传输，使得发送端和接收端当前的事件同步，保证了量子密钥分配过程和零点电压校准过程均可以合理有序地进行。
在一种可能实现方式中，控制器302还用于基于SPD304中的光子计数值得到量子密钥。
基于上述光信号的流向的说明，在分配量子密钥时，控制器302可以获取SPD304对量子信号中的光子计数值，当相干涉的光信号的相位差为0时，一个SPD中的光子计数值可以达到预设的阈值，并进行响应，使得控制器302得到这一个SPD响应所对应的密钥值(0或1)，当相干涉的光信号的相位差为π时，另一个SPD中的光子数值可以达到该阈值，并进行响应，使得控制器302得到该另一个SPD响应所对应的密钥值(1或0)，从而获取到遗传密钥值作为量子密钥。
图5是本申请实施例提供的一种量子密钥分配系统的框图。参见图5，该量子密钥分配系统中的发送端可以为图2所示的量子密钥分配装置，接收端可以为图3所示的量子密钥分配装置，且以光开光作为光选择器为例。在发送端，LD用于输出光信号，控制器1用于通过控制信号1控制IM对光信号的调制强度；通过控制信号2控制干涉仪1对光信号调制的相位；通过控制信号3控制衰减器的衰减值，以得到衰减后的量子信号或非量子信号。
本申请实施例中，控制器1保持控制信号1不变，当需要分配量子密钥时，实时调节控制信号2，调制出不同相位的光信号，并实时调节控制信号3，提高衰减器的衰减值，从而输出量子信号；当需要校准零点电压时，控制器1保持控制信号2不变，得到固定相位的光信号，并实时调节控制信号3，降低衰减器的衰减值，从而输出非量子信号。
在接收端，控制器2用于通过控制信号4控制干涉仪2对光信号调制的相位；通过控制信号5控制光开关对光信号的输出方向。当需要分配量子密钥时，控制器2实时调节控制信号4，调制出不同相位的量子信号，并实时调节控制信号5，使光开关将量子信号输出至SPD，通过SPD中的光子计数值得到量子密钥；当需要校准零点电压时，控制器2实时调节控制信号4，调制出不同相位的非量子信号，并实时调节控制信号5，使光开关将非量子信号输出至光电二极管，基于当前的控制信号4的电压值和光电二极管中的光子计数值的对应关系，将最大光子计数值对应的电压作为零点电压，并进行校准。
其中，发送端和接收端不限于采用FPGA的同步机制，以波分复用的方式传输同步信号。
图6是本申请实施例提供的一种量子密钥分配系统的框图。参见图6，该量子密钥分配系统中的发送端可以为图2所示的量子密钥分配装置，接收端可以为图3所示的量子密钥分配装置，且以光分束器作为光选择器为例。发送端与图4实施例的说明同理。
在接收端，控制器2用于通过控制信号4控制干涉仪2对光信号调制的相位；通过控制信号6控制开合SPD的输入接口，通过控制信号7控制开合光电二极管的输入接口；光分束器用于将接收到的光信号输出至SPD和光电二极管。当需要分配量子密钥时，控制器2实时调节控制信号4，调制出不同相位的量子信号，并实时调节控制信号6，打开SPD的输入接口，通过SPD中的光子计数值得到量子密钥；当需要校准零点电压时，控制器2实时调节控制信号4，调制出不同相位的非量子信号，并实时调节控制信号7，打开光电二极管的输入接口，基于当前的控制信号4的电压值和光电二极管中的光子计数值的对应关系，将最大光子计数值对应的电压作为零点电压，并进行校准。
其中，发送端和接收端不限于采用FPGA的同步机制，以波分复用的方式传输同步信号。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
以上所述仅为本申请的可选实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种量子密钥分配装置，其特征在于，所述装置包括：衰减器、控制器、激光源、强度调制器IM以及干涉仪，
其中，所述激光源用于输出光信号，所述IM用于对所述光信号的强度进行调制，并将调制后的光信号输出至所述干涉仪，所述干涉仪为不等臂马赫曾德尔干涉仪，所述干涉仪用于得到具有时间差的两个光信号，并将得到的两个光信号输出至所述衰减器；
所述控制器用于当需要分配量子密钥时，控制所述衰减器将接收到的两个光信号衰减为两个量子信号并输出，所述控制器还用于当需要校准零点电压时，控制所述衰减器将接收到的两个光信号衰减为两个非量子信号并输出，其中，所述量子信号的光功率低于所述非量子信号的光功率。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括波分复用器，所述波分复用器用于将所述控制器输出的光信号和所述衰减器输出的光信号合并，并发送至另一量子密钥分配装置，其中，所述控制器输出的光信号与所述衰减器输出的光信号的波长不同，用于确保两个量子密钥分配装置的同步。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制器与另一量子密钥分配装置的控制器连接，用于传输同步信号。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述干涉仪包括相位调制器；
所述控制器对所述相位调制器所施加的电压保持不变。
5.一种量子密钥分配装置，其特征在于，所述装置包括：干涉仪、控制器、光选择器、单光子探测器SPD以及光电二极管；其中，所述干涉仪用于接收光信号，得到相干涉的光信号，将所述相干涉的光信号输出至所述光选择器，所述光选择器用于将所述相干涉的光信号输出至所述光电二极管和/或所述SPD；
所述SPD用于在所述相干涉的光信号为量子信号时，对所述量子信号的光子进行计数，所述光电二极管用于在所述相干涉的光信号为非量子信号时，对所述非量子信号的光子进行计数；
所述控制器用于基于所述光电二极管中的光子计数值校准零点电压。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述光选择器为光开关，
所述光开关用于基于所述控制器的控制，将所述量子信号输出至所述SPD，将所述非量子信号输出至所述光电二极管。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述光选择器为光分束器，
所述光分束器用于将所述相干涉的光信号输出至所述SPD和所述光电二极管；
所述控制器用于当所述相干涉的光信号为量子信号时，控制打开所述SPD的输入接口，当所述相干涉的光信号为非量子信号时，控制打开所述光电二极管的输入接口。
8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述干涉仪包括相位调制器；
所述控制器用于对所述相位调制器所施加的电压进行调节,基于所述光电二极管中的光子计数值，得到对所述相位调制器所施加的电压与所述光电二极管中的光子计数值之间的对应关系，基于所述对应关系，得到零点电压，将对所述相位调制器施加的电压调节至所述零点电压，其中，所述零点电压为最大光子计数值对应的电压。
9.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括波分复用器，
所述波分复用器用于接收另一量子密钥分配装置发送的两个光信号，所述两个光信号包括同步信号和输出信号；基于每个光信号的波长，将所述同步信号发送至所述控制器，将所述输出信号发送至所述干涉仪。
10.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述控制器与另一量子密钥分配装置的控制器连接，用于接收同步信号。
11.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述控制器还用于基于所述SPD中的光子计数值得到量子密钥。
12.一种量子密钥分配系统，所述系统包括如权利要求1-4中任一条所述的量子密钥分配装置以及如权利要求5-11中任一条所述的量子密钥分配装置。
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