CN109617685B - 一种用于量子密钥分发系统的高速位同步方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种高速位同步方法及装置，其中方法利用并行搜索的思想来降低位同步的建立时间。主要步骤包括：①量子密钥分发系统的发射端设置发送光光强；②量子密钥分发系统的接收端设置探测器配置参数；③量子密钥分发系统的发射端产生位同步标定光，并通过量子信道发送至量子密钥分发系统的接收端；④量子密钥分发系统的接收端完成分时段扫描过程，位同步处理单元得到各个探测器进行探测的最佳延时值；⑤调整各探测器的延时设置，实现位同步。其中用于量子密钥生成系统的位同步装置，包括若干个探测器单元、延时单元和位同步处理单元。

Description

一种用于量子密钥分发系统的高速位同步方法及装置

技术领域

本申请涉及量子通信领域，具体涉及一种用于量子密钥分发系统的高速位同步方法及装置。

术语解释：

量子信道:在量子密钥分发系统发射端和接收端之间完成量子信号传输的信道，常见的完成光量子传输的量子信道为光纤或自由空间。

位同步建立时间：是指系统启动或失去同步后重新建立位同步所需花费的最大时间。

延时步进：以延时芯片NB6L295M为例，延时步进指的是该延时芯片的参数delayincrement resolution。

各个探测器之间相对延时值{t₁,t₂,…,t_N}：由于量子密钥分发系统接收端从I/O口处至探测器需经过光学解码模块，如图1所示，光学解码模块内部各个通道的光程通常无法实现完全等长，同时各个探测器模块也无法做到完全一致，这将导致对于同一个光脉冲，各个探测器进行探测的最佳时刻T_i也不是完全一致。各个探测器进行探测的最佳时刻T_i的差值即为各个探测器之间相对延时值。

以接收端有4个单光子探测器为例说明如下：4个探测器进行探测的最佳时刻分别为{T₁，T₂，T₃，T₄}。以探测器1为基准(即t₁＝0)，则探测器2相对于探测器1的相对延时值t₂＝T₂-T₁，探测器3相对于探测器1的相对延时值t₃＝T₃-T₁，探测器4相对于探测器1的相对延时值t₄＝T₄-T₁。

背景技术

进入二十一世纪以来，随着互联网的全面推广，全球信息化水平持续提升，政府、国防、企业、个人对信息安全的关注程度日益增强，对信息安全的需求也与日俱增。与此同时信息安全也面临着越来越严重的威胁，特别是于1994年提出的基于量子计算机的Shor算法，颠覆性得破坏了基于计算复杂度的经典密码学协议的基础。

而近年来，量子密钥分发技术引起了广泛的关注，因为其无条件安全性是由量子力学的基本原理所保证。国际上许多科研机构对其理论和应用进行了深入研究，同时一些公司也陆续推出了商用化的量子密钥分发产品。

在量子密钥分发系统中，发射端通过对量子信号(光子)进行编码后发送至接收端，接收端需要确认光子到达的时间，以便使用探测器在最佳时刻进行探测，这一过程即为位同步过程。

只有完成位同步过程后，量子密钥分发系统才可以进行后续的协商处理过程产生安全密钥，因此位同步技术对于量子密钥分发系统来说具有重要的作用。

对于工作盖革模式下的单光子探测器，目前常见的位同步方案是对于每一个探测器，独立地调节各个探测器门控信号和光子的相对延时，经历一定时间的脉冲积累后，当探测器输出的探测脉冲计数达到最大时，锁定当前该延时值，完成位同步过程。找到该脉冲计数最大值时刻的具体过程如下：

1)量子密钥分发系统的发射端产生位同步标定光并通过量子信道发送至量子密钥分发系统的接收端。

2)量子密钥分发系统的接收端确认各个探测器延时搜索范围和延时步长。

3)量子密钥分发系统工作频率为f(单位：Hz)，则延时搜索范围Range为：

延时步长通常取延时模块的延时步进DIR(delay increment resolution)。

4)量子密钥分发系统的接收端使用延时单元(例如：延时芯片)调节各个的探测器延时值为t_i。启动定时器，当探测器计数累积时间达到一定时间后，记录下当前各个探测器的探测计数。重复上述过程k次后，完成延时搜索范围内所有可能延时值的探测计数统计。其中，探测器延时值t_i的计算方式为

t_i＝i·DIR,(i＝0,1,2,…,K-1)

总的重复次数k的计算方式为

对于每一个探测器，搜索该探测器的探测器计数数据中的最大值，这个计数最大值所对应的延时值即为该探测器进行探测的最佳时刻。

量子密钥分发系统通常在弱光条件下工作，这导致在量子密钥分发接收端系统所接收到的量子信号极弱，信噪比较低，在这一条件完成位同步过程通常需要较长的时间。位同步过程时间较长也会减少量子密钥分发系统的有效工作时间，这将会降低安全密钥的产生速率。

以系统工作频率为50MHz的量子密钥分发系统为例说明如下，其周期为20ns，高精度的延时芯片的延时步进(延时步长)为11ps，如果采用遍历的方式实现位同步，那么总共需要有20ns/11ps≈1818个延时值需要进行判断，以确认是否为最优延时值。

同时由于量子信号(光子)通常为弱光，而单光子探测效率有限，那么为了累积足够数据量的探测脉冲计数值，通常累积时间为50毫秒，那么单次位同步建立时间约为1818×50×10^-3≈90秒。

为了满足多用户的密钥应用需求，量子密钥分发系统需要进行组网，通常通过采用光量子交换机切换量子信道的方式实现时分复用，对于需要快速切换量子信道的应用场景下，比如量子信道的切换间隔为5分钟，那么在这种条件下，因为位同步建立时间过程较长，将减少量子密钥分发系统的有效工作时间约90/(60×5)＝30％。

现有的实现位同步过程的设备原理图如图2所示，每个探测器之后各有一个延时单元，每个延时单元后也各有一个位同步处理单元。各个延时单元彼此独立工作，各个位同步单元也各自独立工作。现有装置的位同步时间相对较长，降低了量子密钥分发系统的有效工作时间。

发明内容

本申请提供一种高速位同步方法及装置，其中方法利用多个探测器同时进行局域延时值测量，综合多个局域延时值测量结果从而获取最优延时值，从而实现降低位同步建立时间的目的。所述方法包括以下步骤：

第一步，量子密钥分发系统的发射端根据量子信道的信道衰减值设置发送光光强。

第二步，量子密钥分发系统的接收端根据探测器的特性设置合适的探测器配置参数，常见的配置参数包括：探测器死时间参数、探测器偏压参数、探测器制冷温度参数。

第三步，量子密钥分发系统的发射端产生位同步标定光并通过量子信道发送至量子密钥分发系统的接收端。

第四步，量子密钥分发系统的接收端完成分时段扫描过程，位同步处理单元根据扫描结果，得到各个探测器进的最佳延时值。

各探测器协作完成联合延时搜索范围内的扫描，联合延时搜索范围是根据探测器的延时效率关系和量子密钥分发系统发射端经量子信道发送的脉冲信号光的周期大小确认的：在探测器延时效率曲线的峰值两侧取两个点，这两点对应的延时值的差值等于量子密钥分发系统发射端经量子信道发送的脉冲信号光的周期，这这两个延时值之间的延时范围即为联合延时搜索范围。

所谓的分时段扫描，即各探测器协作完成联合延时搜索范围的扫描，每个探测器完成部分延时搜索范围内的扫描。具体分时段扫描方式有多种：先粗颗粒度分时段扫描后细颗粒度分时段扫描、直接细颗粒度分时段扫描，以及通过算法分时段扫描等。

第五步，位同步处理单元把第四步得到的最佳延时值发送给延时控制单元，延时控制单元据此调节各探测器的延时设置，实现高速位同步。

上述的先粗颗粒度分时段扫描后细颗粒度分时段扫描的分时段扫描过程。具体过程如下：

量子密钥分发系统的接收端完成细颗粒度分时段扫描过程：

1)设定全部探测器联合延时搜索范围和各个探测器的部分延时搜索范围。

2)位同步处理单元在各探测器的部分延时搜索范围内，以一定的粗颗粒度延时步长，确定本轮过程需要扫描的各延时值，延时控制单元(例如：延时芯片)据此调节各探测器的延时值为需要扫描的延时值中的一个，然后探测器计数扫描。当探测器计数累积时间达到一定时间后，位同步处理单元记录当前各个探测器的探测计数。重复此过程，直到完成本轮所设定的所有粗颗粒度延时值的探测计数统计。

3)综合上述过程中所有探测器的全部计数数据，找到探测器计数最大所对应的延时值t_c,max和探测器通道号l。

量子密钥分发系统的接收端完成细颗粒度分时段扫描过程：

1)量子密钥分发系统的接收端根据探测器的数量N、粗颗粒度分时段扫描过程的最大延时值t_c,max、探测器通道号l及其对应的相对延时值t_l，以及粗颗粒度延时步长，由位同步处理单元确认各个探测器本轮扫描过程的细颗粒度联合延时范围和各探测器自身本轮的细颗粒度部分延时搜索范围、需要搜索的延时值和延时值的个数。

2)延时控制单元(例如：延时芯片)根据上一步的结果，调节各个的探测器延时值，探测器进行相应的扫描计数。当探测器计数累积时间达到一定时间后，记录各个探测器的探测计数。重复上述过程直至完成所有细颗粒度延时值的探测计数统计。

3)综合所有探测器的探测器计数数据，找到探测器计数最大所对应的探测器通道号和相应的延时值。

对于常见的量子密钥分发系统的接收端采用4个探测器完成量子信号探测，相较于现有的位同步方案的建立时间(假定其也采用了优化配置参数、粗细颗粒度分时段扫描过程相结合的方式)，那么理论上采用本申请的并行搜索方法来确认探测器的最佳延时值所耗时间的极限值仅为之前方法所耗时间的25％。

而对于基于Large-alphabet Quantum Key Distribution方案的量子密钥分发系统，其接收端所使用的探测器数量通常不小于8个，理论上采用本申请的方法来确认探测器的最佳延时值所耗时间的极限值仅为之前方法所耗时间的12.5％以下。

分时段扫描的方式，减少了位同步过程的搜索范围。更重要的是，本方法是一种并行搜索的方式，根据接收端探测器的数量对位同步过程的搜索范围进行划分，然后所有探测器在各自的搜索范围内同时进行搜索。通过这种并行搜索方式，可以极大得减少位同步建立时间，增加了量子密钥分发系统的有效工作时间，从而提高了量子密钥分发系统的安全密钥产生速率。

这种方法与量子密钥分发系统所采用的具体量子协议无关，只与探测器的数量相关，随着探测器数量的增加而显著降低位同步的建立时间(考虑到目前大部分量子密钥分发系统都采用了多探测器的探测方案)，该方法的应用场景极为广泛。

本发明提供了一种用于量子密钥分发系统的位同步装置，包括N个探测器单元、延时单元和位同步处理单元，如图3所示，各探测器输出端连接到位同步处理单元，位同步处理单元连接到延时控制单元，延时控制单元连接到每个探测器。

延时单元用于接收探测单元发来的本地时钟和位同步单元发来的延时控制信号，并向探测器单元输出参考时钟。探测器单元用于接收发送端发来的脉冲信号和延时单元提供的参考时钟，并将探测脉冲输出至位同步处理单元。位同步处理单元用于接收探测器单元输出的探测脉冲，并向延时单元输出控制信号。

另外，延时单元同时监控和设置所有探测器的延时值，延时单元在一次分时段扫描过程中进行一次或一次以上的延时控制参数的调整，位同步处理单元在一次分时段扫描过程中进行多次的探测器计数数值的存储比对操作。

相较于现有的位同步装置，本发明将现有装置中的多个独立的延时控制装置整合为一个延时控制单元，将多个独立的位同步处理单元整合为一个延时控制单元，这样可以提升了处理能力，同时把各个探测器之间有机结合，从而实现本发明的位同步方法。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有量子通信系统的解码装置原理图；

图2为现有量子通信系统的位同步装置原理图；

图3为本申请的高速位同步装置示意图；

图4为本申请的高速位同步方法的流程图；

图5为探测器的延时效率曲线和本申请的延时范围；

图6为本申请的一种探测器的延时范围的划分方式；

图7为本申请的另一种探测器的延时范围的划分方式。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。

本申请提供一种高速位同步方法，该方法利用多个探测器同时进行局域延时值测量，综合多个局域延时值测量结果从而获取最优延时值，从而实现降低位同步建立时间的目的。主要步骤包括：

第一步，量子密钥分发系统的发射端根据量子信道的信道衰减值设置发送光光强。

第二步，量子密钥分发系统的接收端根据探测器的特性设置合适的探测器配置参数。

第三步，量子密钥分发系统的发射端产生位同步标定光并通过量子信道发送至量子密钥分发系统的接收端。

第四步，量子密钥分发系统的接收端完成分时段扫描过程，位同步处理单元根据扫描结果，得到各个探测器进的最佳延时值。

各探测器协作完成联合延时搜索范围内的扫描，联合延时搜索范围是根据探测器的延时效率关系和量子密钥分发系统发射端经量子信道发送的脉冲信号光的周期大小确认的：在探测器延时效率曲线的峰值两侧取两个点，这两点对应的延时值的差值等于量子密钥分发系统发射端经量子信道发送的脉冲信号光的周期，这两个延时值之间的延时范围即为联合延时搜索范围。

所谓的分时段扫描，即各探测器协作完成联合延时搜索范围的扫描，每个探测器完成部分延时搜索范围内的扫描。具体分时段扫描方式有多种：先粗颗粒度分时段扫描后细颗粒度分时段扫描、直接细颗粒度分时段扫描，以及通过算法分时段扫描等。

第五步，位同步处理单元把第四步得到的最佳延时值发送给延时控制单元，延时控制单元据此调节各探测器的延时设置，实现高速位同步。

整个流程如图4所示。

本申请的方法通过调整发射端发送光强、接收端探测器配置参数，可以降低探测器计数累积时间。

本申请将位同步过程分为粗颗粒度位同步、细颗粒度位同步的方式，可以减少搜索范围。

更重要的是采用了并行搜索的方式，根据接收端探测器的数量对位同步过程的搜索范围进行划分，然后所有探测器在各自的搜索范围内同时进行搜索。通过这种并行搜索方式，可以极大得减少位同步建立时间，增加了量子密钥分发系统的有效工作时间，从而提高了量子密钥分发系统的安全密钥产生速率。

另外，本发明提供了一种用于量子密钥分发系统的位同步装置，包括若干个探测器单元、延时单元和位同步处理单元。

延时单元用于接收探测单元发来的本地时钟和位同步单元发来的延时控制信号，并向探测器单元输出参考时钟。探测器单元用于接收发送端发来的脉冲信号和延时单元提供的参考时钟，并将探测脉冲输出至位同步处理单元。位同步处理单元用于接收探测器单元输出的探测脉冲，并向延时单元输出控制信号。

相较于现有的位同步装置，本发明将现有装置中的多个独立的延时控制装置整合为一个延时控制单元，将多个独立的位同步处理单元整合为一个延时控制单元，这样可以提升了处理能力，同时把各个探测器之间有机结合，从而实现本发明的位同步方法。

【实施例1】

步骤101，量子密钥分发系统的发射端根据量子信道的信道衰减值设置发送光光强。设置的目的是为了提高发送光光强值，从而减少接收端位同步过程时的探测计数累积时间。设置发送光的光强值需满足如下两个约束条件：

1)不会损伤接收端的探测器，即：调整发射端光强后，量子密钥分发系统的接收端探测器入口处光强不得超过探测器所允许的最大输入光强(Maximum input opticalintensity)；

2)不会导致探测器计数饱和，即：调整发射端光强后，量子密钥分发系统的接收端探测器输出的探测计数不会达到探测器的饱和计数率(Maximum Count Rate)。

通常来说，发送光光强值满足约束条件2)时，也自然满足约束条件1)。例如：用于探测近红外波段光子的基于InGaAs/InP的单光子探测器，约束条件1)要求单个脉冲的光子数小于10⁵，约束条件2)要求单个脉冲的光子数小于10²。

在满足上述两个约束条件的前提下，尽可能提高发送光光强值达到最大光强值I_max：

式中参数定义如下：

真空中的光速：c＝299792458m/s≈3·10⁸m/s

普朗克常数：h≈6.62606896(33)·10^-34J·s

量子密钥分发系统工作频率：f(单位：Hz)

量子密钥分发系统的量子信号波长：λ(单位：m)

量子信道的衰减值为：att(单位：dB)

量子密钥分发系统接收端的衰减值为：att_recv(单位：dB)

量子密钥分发系统接收端的探测器探测效率：η

步骤102，量子密钥分发系统的接收端根据探测器的特性设置合适的探测器配置参数，常见的配置参数包括：探测器死时间参数、探测器偏压参数、探测器制冷温度参数。设置的目的为了提高探测器的探测效率和饱和计数率，从而减少接收端位同步过程时的探测计数累积时间。

其中，探测器死时间参数调整相对较为简单，配置时间较短，同时可以显著提升探测器的饱和计数率。而探测器偏压参数、探测器制冷温度参数调整相对复杂，特别是从改动参数至参数改动生效之间的耗时相对较长。推荐使用调整探测器死时间参数。

步骤103，量子密钥分发系统的发射端产生位同步标定光并通过量子信道发送至量子密钥分发系统的接收端。

步骤104，量子密钥分发系统的接收端完成分时段扫描过程，位同步处理单元根据扫描结果，得到各个探测器进行探测的最佳延时值。

各探测器协作完成联合延时搜索范围内的扫描，联合延时搜索范围是根据探测器的延时效率关系和量子密钥分发系统发射端经量子信道发送的脉冲信号光的周期大小确认的：在探测器延时效率曲线的峰值两侧取两个点，这两点对应的延时值的差值等于量子密钥分发系统发射端经量子信道发送的脉冲信号光的周期，这两个延时值之间的延时范围即为联合延时搜索范围。

所谓的分时段扫描，即各探测器协作完成联合延时搜索范围的扫描，每个探测器完成部分延时搜索范围内的扫描。具体分时段扫描方式有多种：先粗颗粒度分时段扫描后细颗粒度分时段扫描、直接细颗粒度分时段扫描，以及通过算法分时段扫描等。

量子密钥分发系统的接收端根据量子密钥分发系统工作频率f，确认全部探测器分时段扫描过程的联合延时搜索范围，参见图5，该延时搜索范围为从Delay1到Delay2的一段延时范围，且

此后，本方法采用先粗颗粒度分时段扫描后细颗粒度分时段扫描的方式完成扫描。具体过程如下：

粗颗粒度分时段扫描：接收端各探测器在自身的部分延时搜索范围内，以一定的粗颗粒度延时步长，选择若干延时值进行探测器计数累积和数据记录。所述粗颗粒度延时步长即为粗颗粒度分时段扫描中相邻两个延时值之间的延时值之差，可以是探测器的延时步进，也可以任意。位同步处理单元综合本轮扫描所获的探测器计数，找到探测器探测效率最大所对应的延时值，该延时值即为本轮粗颗粒度分时段扫描的最佳延时值，同时确定该最佳延时值对应的探测器通道号。

1)量子密钥分发系统接收端根据探测器数量N、各个探测器的相对延时值{t₁,t₂,…,t_N}和量子密钥分发系统工作频率f，确认各个探测器粗颗粒度分时段扫描过程中各自的部分延时搜索范围。本实施例对于联合延时搜索范围采用等延时步长划分的方式，来得到各探测器的部分延时搜索范围，参见图6。

设Par_C为粗颗粒度延时步进。k为需要进行搜索的延时值数量：

对于第i个探测器，令

对于上述T_0,i和T_1,i，两者联合的最大值小于等于

两者联合的最小值大于0，所以存在如下三种可能：①

且

②

而

③

而

对于①这种情况，其粗颗粒度分时段扫描过程的延时搜索范围Range_C，i为：

Range_C,i＝[T_0,i,T_1,i]

因此，对于第i个探测器，需要进行搜索的延时值为：

t_C,i,j＝T_0,i+j·Par_C,(j＝0,1,2,…，k-1；i＝1，2,…，N)

对于②这种情况，其粗颗粒度分时段扫描过程的延时搜索范围Range_C，i为：

对于第i个探测器，

当j＝j_p>0时，

而

此时该探测器需要进行搜索的延时值为：

当j＝j_p＝0时，

而

此时该探测器需要进行搜索的延时值为：

对于③这种情况，其粗颗粒度分时段扫描过程的延时搜索范围Range_C，i为：

对于第i个探测器，需要进行搜索的延时值为：

对于其他探测器的部分延时搜索范围，计算方式以此类推。

2)位同步处理单元将上述的t_C，i，j发送给延时控制单元(例如：延时芯片)，延时控制单元调节各个的探测器延时值为t_C，i，j，然后探测器开始计数，当探测器计数累积时间达到一定时间后，记录当前各个探测器的探测计数，然后将探测器复位。对于每个探测器，重复上述过程k次，每次选择不同的j值，即可完成所有粗颗粒度延时值的探测计数统计。

3)综合上述过程中所有探测器的全部计数数据，共N×k个，找到探测器计数最大相应的延时值t_C，i，j，并将其记为t_c，I,J，则所对应的探测器通道号为I。

细颗粒度分时段扫描：量子密钥分发系统的接收端把粗颗粒度分时段扫描的最佳延时值的前一延时值和后一延时值之间的延时范围作为细颗粒度延时搜索范围，在此范围内选择若干延时值，这些延时值中任意相邻的两个之间的延时值之差小于粗颗粒度分时段扫描时相邻两个延时值之间的延时值之差。位同步处理单元记录每个探测器在所选的各个细颗粒度延时值的探测计数，并据此找到探测器探测效率最大所对应的延时值和对应的探测器通道号。

1)量子密钥分发系统的接收端根据探测器的数量N、前述的最大延时值t_c，I，J、探测器通道号l及其对应的相对延时值t_I，以及前述的粗颗粒度延时步进Par_C，确认各个探测器细颗粒度分时段扫描过程的延时范围、需要搜索的延时值和延时值的个数。

设Par_F为所设细颗粒度延时步进，则本步骤需要进行搜索的延时值数量n为：

对于第i(i＝1,2,…,N)个探测器，令

对于上述T_0,i和T_1,i，两者联合的最大值小于等于

两者联合的最小值大于

所以可能存在如下四种情况：①

且

②

而

③

而

④

且

对于①这种情况，其细颗粒度分时段扫描过程的延时搜索范围Range_F,i为：

Range_F,i＝[T_0,i,T_1,i]

因此，对于第i个探测器，需要进行搜索的延时值为：

t_F,i,j＝T_0,i+j·Par_F,(j＝0,1,2,…,n-1；i＝1,2,…,N)

对于②这种情况，其细颗粒度分时段扫描过程的延时搜索范围Range_F,i为：

对于第i个探测器，

当j＝j_p>0时，T_0,i+(j_p-1)·Par_F<0，而T_0,i+j_p·Par_F>0。此时该探测器需要进行搜索的延时值为：

当j＝j_p＝0时，T_0,i<0，而T_0,i+Par_F>0。此时该探测器需要进行搜索的延时值为：

对于③这种情况，其细颗粒度分时段扫描过程的延时搜索范围Range_F，i为：

对于第i个探测器，

当j＝j_p>0时，

而

此时该探测器需要进行搜索的延时值为：

当j＝j_p＝0时，

而

此时该探测器需要进行搜索的延时值为：

对于④这种情况，其细颗粒度分时段扫描过程的延时搜索范围Range_F，i为：

对于第i个探测器，其需要进行搜索的延时值为：

2)位同步处理单元将上一步得到的各个探测器的延时值t_F，i，j发送给延时控制单元(例如：延时芯片)，延时单元调节各个的探测器延时值为t_F，i，j，然后探测器开始扫描计数，当每个探测器计数累积时间达到一定时间后，读取该探测器当前的探测计数，然后将探测器复位。重复上述过程，不断更换脚标j的值，直至完成所有细颗粒度延时值的探测计数统计。

3)位同步处理单元综合所有或必要的探测器计数，找到探测器探测效率最大所对应的i，j的值和相应的延时值t_F，i，j，并把t_F，i,j记为t_F,I,J，则该探测器通道号为I。

4)位同步处理单元计算得到各个探测器i进行探测的最佳延时值t_F，i，best：

t_F，i，best＝t_F，I,J+(t_i-t_I)，(i＝1,2,…,N)

以上粗颗粒度扫描过程和/或细颗粒度扫描过程均可以进行一轮或多轮扫描，多轮扫描时，每一轮扫描选择的延时值与前一轮选择的延时值不同，然后从多轮扫描的全部结果中，找到最佳延时值和对应的探测器通道号；

本步骤中也可以直接选择细颗粒度分时段扫描的方式进行一轮或多轮扫描。多轮扫描时，不同轮次扫描时的延时值不完全相同或者完全不相同。最后位同步处理单元从一轮或多轮扫描的全部或必要结果中，找到最佳延时值和对应的探测器通道号；

步骤105，位同步处理单元把步骤104得到的各探测器的最佳延时值发送给延时控制单元，延时控制单元据此控制各个探测器的延时设置，实现高速位同步。

【实施例2】

步骤201同步骤101

步骤202同步骤102

步骤203同步骤103

步骤204，量子密钥分发系统的接收端完成分时段扫描过程，位同步处理单元根据扫描结果，得到各个探测器进行探测的最佳延时值。

各探测器协作完成联合延时搜索范围内的扫描，联合延时搜索范围是根据探测器的延时效率关系和量子密钥分发系统发射端经量子信道发送的脉冲信号光的周期大小确认的：在探测器延时效率曲线的峰值两侧取两个点，这两点对应的延时值的差值等于量子密钥分发系统发射端经量子信道发送的脉冲信号光的周期，这两个延时值之间的延时范围即为联合延时搜索范围。

所谓的分时段扫描，即各探测器协作完成联合延时搜索范围的扫描，每个探测器完成部分延时搜索范围内的扫描。具体分时段扫描方式有多种：先粗颗粒度分时段扫描后细颗粒度分时段扫描、直接细颗粒度分时段扫描，以及通过算法分时段扫描等。

量子密钥分发系统的接收端根据量子密钥分发系统工作频率f，确认全部探测器分时段扫描过程的联合延时搜索范围，参见图5，该延时搜索范围为从Delay1到Delay2的一段延时范围，且

此后，本方法采用先粗颗粒度分时段扫描后细颗粒度分时段扫描的方式完成扫描。具体过程如下：

粗颗粒度分时段扫描：接收端各探测器在自身的部分延时搜索范围内，以一定的粗颗粒度延时步长，选择若干延时值进行探测器计数累积和数据记录。所述粗颗粒度延时步长即为粗颗粒度分时段扫描中相邻两个延时值之间的延时值之差，可以是探测器的延时步进，也可以任意。位同步处理单元综合扫描所获的探测器计数，找到探测器探测效率最大所对应的延时值，该延时值即为本轮粗颗粒度分时段扫描的最佳延时值，同时确定该最佳延时值对应的探测器通道号。

1)量子密钥分发系统接收端根据探测器数量N、各个探测器的相对延时值{t₁,t₂,…,t_N}和量子密钥分发系统工作频率f，确认各个探测器粗颗粒度分时段扫描过程中各自的部分延时搜索范围。本实施例对于联合延时搜索范围采用非等延时步长划分的方式，来得到各探测器的部分延时搜索范围，参见图7。

将1/f的延时搜索范围根据N任意划分为连续的N段{Δt₁,Δt₂,…,Δt_N}，对于第i个探测器，当i>1时，令

当i＝1时，令

对于上述T_0,i和T_1,i，两者共同的最大值小于等于

所以可能存在如下三种情况：①

且

②

而

③

而

设Par_C,i,j(j＝0,1，…,k_i-1；i＝1，2,…,N)是Δt_i的任意连续划分，k_i为任意选择的划分段数，那么：

对于①这种情况，其粗颗粒度分时段扫描过程的延时搜索范围Range_C,i为：

Range_C,i＝[T_0,i,T_1,i]

因此，对于第i个探测器，需要进行搜索的延时值为：

对于②这种情况，其粗颗粒度分时段扫描过程的延时搜索范围Range_C,i为：

设当j＝j_p时，

而

对于第i个探测器，需要进行搜索的延时值为：

对于③这种情况，其细颗粒度分时段扫描过程的延时搜索范围Range_C,i为：

对于第i个探测器，需要进行搜索的延时值为：

对于其他探测器的延时搜索范围，计算方式以此类推。

特别的，Δt_m和Δt_m+1可以彼此存在部分覆盖。

2)接收端第i个探测器在延时范围Range_C,i内的每一个延时值t_C,i,j(i＝1,2,…,N；j＝0,1,…,k-1)开始进行探测器计数累积。

3)位同步处理单元将上述的延时值发送给延时控制单元(例如：延时芯片)，延时单元调节各个的探测器延时值为t_C，i,j，然后探测器开始计数扫描。当某个探测器计数累积时间达到一定时间后，记录当前该探测器的探测计数，然后将该探测器复位。每个探测器重复上述过程k_i次，每次换用不同的脚标j，即可完成所有粗颗粒度延时值的探测计数统计。

4)延时控制单元综合上述过程中所有探测器的全部或必要计数数据，找到探测器计数效率最大所对应的延时值t_C,i,j和相应的探测器通道号，并把t_C,i，j记为t_c，I，J，则该探测器通道号为I。

细颗粒度分时段扫描过程：量子密钥分发系统的接收端把粗颗粒度分时段扫描的最佳延时值的前一延时值和后一延时值之间的延时范围作为细颗粒度延时搜索范围，在此范围内选择若干延时值，这些延时值中任意相邻的两个之间的延时值之差小于粗颗粒度分时段扫描时相邻两个延时值之间的延时值之差；位同步处理单元记录每个探测器在本轮所选的各个细颗粒度延时值的探测计数，并据此找到探测器探测效率最大所对应的延时值和对应的探测器通道号

1)量子密钥分发系统的接收端根据探测器的数量N、前述的最大延时值t_c，I，J、探测器通道号I及其对应的相对延时值t_I，以及前述的各粗颗粒度延时步进Par_C，i，j，确认各个探测器细颗粒度分时段扫描过程的延时范围、需要搜索的延时值和延时值的个数。

如上所述，细颗粒度分时段扫描过程时，将(Par_C,I,J-1+Par_C，I,J)的延时范围任意划分为N段，每段分别记为Par_F,i。

对于第i(i＝1,2,…,N)个探测器，令

对于上述T_0,i和T_1,i，存在以下四种可能：①

且

②

而

③

而

④

且

将Par_F,i任意划分成连续的任意n_i段，每段分别记为Par_F,i,j(j＝0,1,2,…,n_i-1)。则：

对于①这种情况，第i(i＝1,2,…,N)个探测器的延时搜索范围Range_F,i为：

Range_F,i＝[T_0,i,T_1,i]

需要进行搜索的延时值为：

对于②这种情况，其细颗粒度分时段扫描过程的延时搜索范围Range_F,i为：

对于第i个探测器，

当j＝j_p>0时，

而

此时该探测器需要进行搜索的延时值为：

当j＝j_p＝0时，T_0,i<0，而T_0,i+Par_F,i,0>0。此时该探测器需要进行搜索的延时值为：

对于③这种情况，其细颗粒度分时段扫描过程的延时搜索范围Range_F,i为：

对于第i个探测器，

当j＝j_p>0时，

而

此时该探测器需要进行搜索的延时值为：

当j＝j_p＝0时，

而

此时该探测器需要进行搜索的延时值为：

对于④这种情况，其细颗粒度分时段扫描过程的延时搜索范围Range_F,i为：

对于第i个探测器，其需要进行搜索的延时值为：

特别的，这些Par_F,i，j中，任意相邻的两个可以存在彼此相互覆盖的部分

2)位同步处理单元将上一步得到的t_F,i,j发送给延时控制单元(例如：延时芯片)，延时控制单元据此调节各个的探测器延时值为t_F，i，j，然后探测器开始扫描计数。当某个探测器计数累积时间达到一定时间后，位同步处理单元读取当前该探测器的探测计数，然后该探测器复位。对于每一个探测器，不断重复上述过程，每次更换不同的t_F,i,j，直至完成所有或必要的细颗粒度延时值的探测计数统计。

3)位同步处理单元综合所有探测器的探测器计数数据，找到探测器探测效率最大所对应的i,j的值和相应的延时值t_F,i,j，并把t_F,i,j记为t_F，max，探测器通道号i记为M。

4)位同步处理单元处理得到各个探测器i进行探测的最佳延时值t_F，i，best：

t_F，i，best＝t_F，max+(t_i-t_M)，(i＝1，2，…，N)

步骤205，位同步处理单元把步骤205得到的最佳延时值发送给延时控制单元，延时控制单元据此控制各个探测器的延时设置，实现高速位同步。

【实施例3】

主要过程同【实施例1】，只是没有粗颗粒度分时段扫描过程，而是直接对联合延时搜索范围进行一轮或多轮细颗粒度分时段扫描，直到找到所需的最佳延时值。

步骤301同步骤101。

步骤302同步骤102。

步骤303同步骤103。

步骤304，对联合延时搜索范围进行一轮或多轮细颗粒度分时段扫描，直到找到所需的最佳延时值。量子密钥分发系统的接收端把联合延时搜索范围作为细颗粒度延时搜索范围，在此范围内选择若干延时值，这些延时值中任意相邻的两个之间的延时值之差为实施例1中所选择的Par_F，即细颗粒度延时步进为Par_F。位同步处理单元记录每个探测器在各轮所选的各个细颗粒度延时值的探测计数，并据此找到探测器探测效率最大所对应的延时值和对应的探测器通道号。

1)量子密钥分发系统的接收端根据探测器的数量N、各个探测器的相对延时值{t₁，t₂，…，t_N}、细颗粒度延时步进为Par_F和量子密钥分发系统工作频率f，确认各个探测器细颗粒度分时段扫描过程的延时范围、需要搜索的延时值和延时值的个数。

则本步骤全部探测器需要进行搜索的延时值数量n(n>N)为：

其中第j(i＝0，1，2，…，n-1)个延时范围为[j·Par_F，(j+1)·Par_F]。位同步处理单元据此和探测器的相对延时，得到第i(i＝1，2，…，N)个探测器在该延时范围内扫描时的延时值。

令

由此可知，T_0，i，j和T_1，i，j的最大值小于等于

所以对于上式，可能存在如下三种情况：①

且

②

而

③

且

对于①这种情况，此时探测器扫描的延时搜索范围Range_F，i，j为：

Range_F，i，j＝[T_0，i，j，T_1,i,j]

需要进行搜索的延时值为t_F,i,j＝T_0,i,j。

对于②这种情况，此时探测器扫描的延时搜索范围Range_F,i,j为：

需要进行搜索的延时值为t_F,i,j＝T_0,i，j。

对于③这种情况，此时探测器扫描的延时搜索范围Range_F，i，j为：

需要进行搜索的延时值为

2)位同步处理单元将上面得到的延时值t_F，i，j发送给延时控制单元(例如：延时芯片)，延时单元调节第i个探测器延时值为t_F，i，j，然后该探测器开始扫描计数，当每个探测器计数累积时间达到一定时间后，记录该探测器当前的探测计数，然后将探测器复位。重复上述过程，不断更换脚标组合(i，j)，直至完成本轮所有或必要的细颗粒度延时值的探测计数统计。

3)在进行一轮或多轮上述的过程后(多轮扫描时，每一轮扫描选择的延时值通常不同)，位同步处理单元综合所有或必要的探测器计数，找到探测器探测效率最大所对应的i，j的值和相应的延时值t_F，i，j，并把t_F，i，j记为t_F，I，J，则该探测器通道号为I。

4)位同步处理单元计算得到各个探测器i进行探测的最佳延时值t_F，i，best：

t_F，i，best＝t_F，I,J+(t_i-t_I)，(i＝1,2,…,N)

步骤305同步骤105

本步骤中也可以直接选择细颗粒度分时段扫描的方式进行一轮或多轮扫描。多轮扫描时，不同轮次扫描时的延时值不完全相同或者完全不相同。最后位同步处理单元从一轮或多轮扫描的全部或必要结果中，找到最佳延时值和对应的探测器通道号；

【实施例4】

主要过程同【实施例2】，只是没有粗颗粒度分时段扫描过程，而是直接对联合延时搜索范围进行一轮或多轮细颗粒度分时段扫描，直到找到所需的最佳延时值。

步骤401同步骤101

步骤402同步骤102

步骤403同步骤103

步骤404，量子密钥分发系统的接收端完成分时段扫描过程，位同步处理单元根据扫描结果，得到各个探测器进行探测的最佳延时值。

各探测器协作完成联合延时搜索范围内的扫描，联合延时搜索范围是根据探测器的延时效率关系和量子密钥分发系统发射端经量子信道发送的脉冲信号光的周期大小确认的：在探测器延时效率曲线的峰值两侧取两个点，这两点对应的延时值的差值等于量子密钥分发系统发射端经量子信道发送的脉冲信号光的周期，这两个延时值之间的延时范围即为联合延时搜索范围。

所谓的分时段扫描，即各探测器协作完成联合延时搜索范围的扫描，每个探测器完成部分延时搜索范围内的扫描。具体分时段扫描方式有多种：先粗颗粒度分时段扫描后细颗粒度分时段扫描、直接细颗粒度分时段扫描，以及通过算法分时段扫描等。

量子密钥分发系统的接收端根据量子密钥分发系统工作频率f，确认全部探测器分时段扫描过程的联合延时搜索范围，参见图5，该延时搜索范围为从Delay1到Delay2的一段延时范围，且

此后，本方法直接采用细颗粒度分时段扫描的方式完成扫描。具体过程如下：

接收端各探测器在自身的部分延时搜索范围内，以一定的粗颗粒度延时步长，选择若干延时值进行探测器计数累积和数据记录。所述粗颗粒度延时步长即为粗颗粒度分时段扫描中相邻两个延时值之间的延时值之差，可以是探测器的延时步进，也可以任意。位同步处理单元综合本轮扫描所获的探测器计数，找到探测器探测效率最大所对应的延时值，该延时值即为本轮粗颗粒度分时段扫描的最佳延时值，同时确定该最佳延时值对应的探测器通道号。

1)量子密钥分发系统接收端根据探测器数量N、各个探测器的相对延时值{t₁，t₂，…，t_N}和量子密钥分发系统工作频率f，确认各个探测器粗颗粒度分时段扫描过程中各自的部分延时搜索范围。本实施例对于联合延时搜索范围采用非等延时步长划分的方式，来得到各探测器的部分延时搜索范围，参见图7。

将1/f的延时搜索范围根据N任意划分为连续n(n>N)段，依次为{Δt₀,Δt₁,…,Δt_n-1}。位同步处理单元根据Δt_j(j＝0,1，…,n-1)给出第i个探测器本次扫描的延时值：

当j>0时，令

当j＝0时，令

由此可知，T_0，i,j和T_1,i,j的最大值小于等于

所以对于上式，可能存在如下三种情况：①

且

②

而

③

而

对于①这种情况，此时探测器扫描的延时搜索范围Range_F,i,j为：

Range_F,i,j＝[T_0,i,j,T_1,i,j]

需要进行搜索的延时值为t_F,i,j＝T_0,i,j。

对于②这种情况，此时探测器扫描的延时搜索范围Range_F,i,j为：

需要进行搜索的延时值为t_F,i,j＝T_0,i,j。

对于③这种情况，此时探测器扫描的延时搜索范围Range_F,i,j为：

需要进行搜索的延时值为

特别的，Δt_m和Δt_m+1可以彼此存在彼此覆盖的情形。

2)位同步处理单元将上述的延时值发送给延时控制单元(例如：延时芯片)，延时单元调节第i个探测器延时值为t_F,i,j，然后探测器开始计数扫描。当某个探测器计数累积时间达到一定时间后，记录当前该探测器的探测计数，然后将该探测器复位。不断重复上述过程，每次换用不同的脚标组合(i,j)，即可完成所有粗颗粒度延时值的探测计数统计。

3)在进行一轮或多轮上述的过程后(多轮扫描时，每一轮扫描选择的延时值通常不同)，位同步处理单元综合这些过程中所有探测器的全部或必要计数数据，找到探测器计数效率最大所对应的延时值t_F,i,j和相应的探测器通道号，并把t_F,i,j记为t_F，I,J，则该探测器通道号为I。

计算得到各个探测器i进行探测的最佳延时值t_F,i,best：

t_F,i,best＝t_F,I,J+(t_i-t_I),(i＝1,2,…,N)

步骤405同步骤105。

以上四种实施方式给出了所涉延时范围全部均匀划分、所涉延时范围全部没有均匀划分两种方式，以及先粗颗粒度分时段扫描后细颗粒度分时段扫描、纯粹的细颗粒度分时段扫描过程两种方式，这些延时范围的划分方式和分时段扫描其各种结合均落在本申请的范围内。

【实施例5】

本实施例主要是通过算法来找到最佳延时值。

步骤501同步骤101

步骤502同步骤102

步骤503同步骤103

步骤504，量子密钥分发系统的接收端完成分时段扫描过程，位同步处理单元根据扫描结果，得到各个探测器进行探测的最佳延时值。

各探测器协作完成联合延时搜索范围内的扫描，联合延时搜索范围是根据探测器的延时效率关系和量子密钥分发系统发射端经量子信道发送的脉冲信号光的周期大小确认的：在探测器延时效率曲线的峰值两侧取两个点，这两点对应的延时值的差值等于量子密钥分发系统发射端经量子信道发送的脉冲信号光的周期，这两个延时值之间的延时范围即为联合延时搜索范围。

所谓的分时段扫描，即各探测器协作完成联合延时搜索范围的扫描，每个探测器完成部分延时搜索范围内的扫描。具体分时段扫描方式有多种：先粗颗粒度分时段扫描后细颗粒度分时段扫描、直接细颗粒度分时段扫描，以及通过算法分时段扫描等。

量子密钥分发系统的接收端根据量子密钥分发系统工作频率f，确认全部探测器分时段扫描过程的联合延时搜索范围，参见图5，该延时搜索范围为从Delay1到Delay2的一段延时范围，且

1)各探测器联合，以较大的延时步进(如探测器芯片的延时步进，也可以大于探测器芯片的延时步进)，通过一轮或多轮扫描找到某个计数效率大于所设阈值的延时值t_C。所述的阈值为探测效率等于η(0<η<1)。

设Par_C为该轮选择的延时步进。k为需要进行搜索的延时值数量：

对于第i个探测器，令

对于上述T_0,i和T_1,i，两者联合的最大值小于等于

两者联合的最小值大于0，所以存在如下三种可能：①

且

②

而

③

而

对于①这种情况，其粗颗粒度分时段扫描过程的延时搜索范围Range_C,i为：

Range_C，i＝[T_0,i,T_1,i]

因此，对于第i个探测器，需要进行搜索的延时值为：

t_C,i,j＝T_0,i+j·Par_C,(j＝0，1，2，…,k-1；i＝1,2，…,N)

对于②这种情况，其粗颗粒度分时段扫描过程的延时搜索范围Range_C,i为：

对于第i个探测器，

当j＝j_p>0时，

而

此时该探测器需要进行搜索的延时值为：

当j＝j_p＝0时，

而

此时该探测器需要进行搜索的延时值为：

对于③这种情况，其粗颗粒度分时段扫描过程的延时搜索范围Range_C,i为：

对于第i个探测器，需要进行搜索的延时值为：

对于其他探测器的部分延时搜索范围，计算方式以此类推。

2)位同步处理单元将上述的t_C,i,j发送给延时控制单元(例如：延时芯片)，延时控制单元调节各个的探测器延时值为t_C,i,j，然后探测器开始计数，当探测器计数累积时间达到一定时间后，记录当前各个探测器的探测计数，然后将探测器复位。对于每个探测器，不断重复上述过程，每次选择不同的j值，当找到某个探测效率大于所设探测效率阈值的延时值t_C,i,j时，即停止扫描，将t_C,i,j记为t_C,I，J。

3)下面采用算法，找到探测效率最大时的最佳延时值。

从t_C,I,J开始，增加一个Par_C。探测器在这个新的延时值处进行扫描。

①若新的延时值处的探测效率相对于t_C,I,J处的探测效率较高，则继续依次增加一个Par_C，直到某次新的延时值处的探测效率相对于前一延时值处的探测效率较低。此时将前一延时值增加一个小于Par_C的值，再次扫描，如果此次扫描结果还是探测效率较低，则重做减小延时值增加量的过程，直到找到探测器计数效率最高时的延时值。

②若新的延时值处的探测效率相对于t_C,I,J处的探测效率较低，则从t_C,I,J开始，减少一个Par_C，然后由探测器进行扫描计数：a)新的延时值处的探测效率相对于前一延时值处的探测效率较高，此时继续延时值减少然后扫描的过程，直到某次新的延时值处的探测效率相对于前一延时值处的探测效率较低。此时将前一延时值减少一个小于Par_C的值，再次扫描。如果此次扫描结果还是探测效率较低，则重做减小延时值减少量的过程，直到找到探测器计数效率最高时的延时值。b)新的延时值处的探测效率相对于前一延时值处的探测效率较低，这表明探测器的最佳延时值就在t_C,I,J的附近。此时从t_C,I,J开始，多次尝试增加或减少越来越小的小于Par_C的值，直到找到探测效率最高时的延时值，此记为探测器的最佳延时值。

位同步处理单元根据上面的最佳延时值，结合探测器的延时效率关系，给出各探测器的最佳延时值，完成高速位同步。

本实施例可以采用不同的算法进行最佳延时值的确定。

以上五种实施方式给出了所涉延时范围全部均匀划分、所涉延时范围全部没有均匀划分两种方式，以及先粗颗粒度分时段扫描后细颗粒度分时段扫描、纯粹的细颗粒度分时段扫描和根据算法分时段扫描三种方式，这些延时范围的划分方式和分时段扫描的各种结合均落在本申请的范围内。

除此之外，本申请还提供了一种用于量子密钥分发系统的高速位同步装置，用于执行上述任意一项实施例的方法，该装置包括若干个探测器单元、延时控制单元和位同步处理单元；各探测器输出端连接到位同步处理单元，位同步处理单元连接到延时控制单元，延时控制单元连接到每个探测器。

延时单元用于接收探测单元发来的本地时钟和位同步单元发来的延时控制信号，并向探测器单元输出参考时钟。探测器单元用于接收发送端发来的脉冲信号和延时单元提供的参考时钟，并将探测脉冲输出至位同步处理单元。位同步处理单元用于接收探测器单元输出的探测脉冲，并向延时单元输出控制信号。

其中，所述位同步处理单元还用于确认延时搜索范围，包括，位同步处理单元确认全部探测器的联合延时搜索范围和每个探测器的部分延时搜索范围；延时控制单元据此调节各探测器的延时值，探测器进行扫描计数，位同步单元根据扫描结果，确认各探测器的最佳延时值；

所述联合延时搜索范围，是根据探测器的延时效率关系和量子密钥分发系统发射端经量子信道发送的脉冲信号光的周期大小确认的：在探测器延时效率关系的峰值两侧取两个点，这两点对应的延时值的差值等于量子密钥分发系统发射端经量子信道发送的脉冲信号光的周期，这两个延时值之间的延时范围即为联合延时搜索范围；

所述部分延时搜索范围是联合延时搜索范围的一部分；各探测器的部分延时搜索范围合起来要覆盖联合延时搜索范围。

以上结合具体实施方式和范例性实例对本申请进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本申请的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本申请精神和范围的情况下，可以对本申请技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本申请的范围内。本申请的保护范围以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种用于量子密钥分发系统的高速位同步方法，其特征在于，量子密钥分发系统的接收端包括一个延时控制单元、一个位同步处理单元以及至少两个探测器；

量子密钥分发系统的发射端根据量子信道的信道衰减值设置发送光光强，以使得探测器的探测器计数小于饱和计数率；

量子密钥分发系统的接收端根据探测器的特性设置合适的探测器配置参数；

量子密钥分发系统的发射端产生位同步标定光并通过量子信道发送至量子密钥分发系统的接收端；

量子密钥分发系统的接收端确定联合延时搜索范围，联合延时搜索范围根据探测器的延时效率关系和量子密钥分发系统发射端经量子信道发送的脉冲信号光的周期大小确认：在探测器延时效率曲线的峰值两侧取两个点，这两点对应的延时值的差值等于量子密钥分发系统发射端经量子信道发送的脉冲信号光的周期，这两个延时值之间的延时范围即为联合延时搜索范围；

量子密钥分发系统的接收端确定各个探测器的各延时搜索范围，所述各个探测器各自延时搜索范围之和覆盖所述联合延时搜索范围；

所述接收端的各个探测器获取各自延时搜索范围内多个延时值的探测器计数累计；

位同步处理单元综合根据所述探测器计数累计，确定最大探测效率对应的延时值和探测器，所述最大探测效率对应的延时值为最大探测器计数对应的延时值；

根据所述最大探测效率对应的探测器和其它探测器之间的延时差，以及所述最大探测效率对应的延时值，确定各个探测器的最佳延时值；

位同步处理单元把最佳延时值发送给延时控制单元，延时控制单元据此调节各个探测器的延时设置，实现高速位同步。

2.根据权利要求1所述的用于量子密钥分发系统的高速位同步方法，其特征在于：所述探测器配置参数，包括探测器死时间参数、探测器偏压参数以及探测器制冷温度参数。

3.根据权利要求1所述的用于量子密钥分发系统的高速位同步方法，其特征在于，所述接收端的各个探测器获取各自延时搜索范围内多个延时值的探测器计数累计，包括：

接收端各探测器在自身的部分延时搜索范围内，以一定的粗颗粒度延时步长，选择若干延时值进行探测器计数累积和数据记录，所述粗颗粒度延时步长即为相邻两个延时值的差值，是探测器的延时步进或任意值；

所述位同步处理单元综合根据所述探测器计数累计，确定最大探测效率对应的延时值和探测器，包括：

在探测器完成全部的延时值的探测器扫描计数后，位同步处理单元综合本轮扫描所获的探测器计数，找到最大探测器计数所对应的延时值，该延时值即为本轮粗颗粒度分时段扫描的最佳延时值，同时确定粗颗粒度分时段扫描的最佳延时值对应的探测器通道号；

所述根据所述最大探测效率对应的探测器和其它探测器之间的延时差，以及所述最大探测效率对应的延时值，确定各个探测器的最佳延时值，包括：

位同步处理单元把粗颗粒度分时段扫描的最佳延时值的前一延时值和后一延时值之间的延时范围，作为细颗粒度联合延时搜索范围；各探测器以细颗粒度延时步长，选择若干延时值进行探测器计数，所述细颗粒度延时步长小于所述粗颗粒度延时步长；位同步处理单元记录各个探测器在自身本轮各延时值的探测器计数，并据此找到全部探测器的计数效率最高所对应的延时值和对应的探测器通道号，位同步处理单元据此确定各探测器的最佳延时值；所述细颗粒度延时步长为细颗粒度分时段扫描过程中，每个探测器的各延时值中相邻两个延时值的差值；所述细颗粒度延时步长小于所述粗颗粒度延时步长。

4.根据权利要求3所述的用于量子密钥分发系统的高速位同步方法，其特征在于：所述粗颗粒度分时段扫描的延时值通过对延时搜索范围的等延时步长划分得到，或者，通过对延时搜索范围的非等延时步长划分得到。

5.一种用于量子密钥分发系统的高速位同步装置，用于执行权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于：包括若干个探测器单元、一个延时控制单元和一个位同步处理单元；各探测器输出端连接到位同步处理单元，位同步处理单元连接到延时控制单元，延时控制单元连接到每个探测器。

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