CN111510208B - 一种用于量子密钥生成系统的实时位同步修正方法 - Google Patents

一种用于量子密钥生成系统的实时位同步修正方法 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种用于量子密钥生成系统的实时位同步修正方法，主要步骤包括：①位同步处理单元持续读取探测器实时计数值及其对应的实时延时值，获取探测器探测延时效率关系、探测器最大单位时间计数值和其对应的最佳延时值；②判断是否启动实时位同步反馈流程；③位同步处理单元获取探测器当前计数和探测器当前延时值，得到下一次扫描的延时值，并发送给延时控制单元；④调整将探测器的延时值；⑤探测器进行计数累计；⑥位同步处理单元判断是否进行下一步⑦修正探测器的延时值；⑧延时控制单元调整探测器延时值为最佳延时值，完成本轮位同步修正，回到①；本方法无需中断系统的密钥生成流程，提高了密钥产生速率和系统的鲁棒性。

Description

一种用于量子密钥生成系统的实时位同步修正方法
技术领域
本申请涉及量子通信领域，具体涉及一种量子密钥生成系统的实时位同步修正方法。
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(QKD，Quantum Key Distribution)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)进行编码后通过量子信道发送至接收端。常用的量子信道包括光纤和自由空间(即：大气)。接收端需要确认光子到达的时间，以便使用探测器在正确时刻进行探测，这一过程即为位同步过程。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。
发明人在本申请的研究过程中发现，探测器进行探测的最佳时刻是随着时间而变化的。这是因为光子在量子信道的传输时间通常受到环境的影响而发生变化，特别是环境温度发生变化时，量子信道的长度和折射率也会随之变化。当光子传输时间发生变化时，探测器进行探测的最佳时刻也随之变化。使用变化前的“探测最佳时刻”进行探测将会导致探测器的有效探测效率降低，探测计数随之降低，量子密钥分发系统的安全密码生成速率也将明显降低甚至无法正常运行。
以基于光纤的量子信道为例说明如下：随着环境温度的变化，光纤的长度和折射率均会发生变化，光子的传输时间改变量Δt计算如下：
Figure GDA0002891416120000011
式中，neff为折射率，Leff为光纤长度，ΔTemp为温度变化量，α为线性膨胀系数，ξ为折射率温度系数。
对于熔融石英光纤，线性膨胀系数α＝5.5×10-7/℃，折射率温度系数ξ＝neff×0.68×10-5/℃，那么根据上述公式计算可知：每公里光纤在每摄氏度的温度改变下，光子传输时间的变化约为30ps。那么对于一个运行在北京地区的量子信道长度为100km的量子密钥分发系统，光子传输时间的变化最大可以达到30000ps。(根据中国气象局天气2018年10月18日预报结果：多云，13～23摄氏度，东风3～4级。)
为了保证量子密钥生成系统的稳定运行，需要在量子密钥生成系统在工作过程中根据外部环境的变化调整探测器进行探测的最佳时刻，这一过程称之为位同步修正过程。目前常见的位同步修正方案为中断式位同步修正方案。除此以外，还可以通过波长优选方案以降低外部环境对量子密钥生成系统的影响。
目前的中断式位同步修正的解决方案为:当探测器计数出现明显降低时(例如：当前探测器计数小于探测器计数最大值的50％)，会导致系统的整体信噪比明显降低，误码率显著提升，此时量子密钥生成系统已经无法正常工作，需要停止量子密钥生成系统的密钥生成流程，启动位同步流程，完成位同步流程后再次重新启动量子密钥生成系统的密钥生成流程。
另外一种优化同步光波长的修正方案为，量子密钥生成系统之间的同步采用同步光的方式实现，为了降低环境对光子传输时间的影响，选取同步光波长和量子信号光波长之间的波长差尽可能得小。
但是，发明人在本申请的研究过程中发现，这种中断式的反馈方案效率较低，将会降低量子密钥生成系统的有效工作时间。特别是随着外部环境温度变化的加速和量子信道长度的增加，光子传输时间变化速率随之增加，中断式的反馈方案启动频率将会随之提高，严重影响量子密钥生成系统稳定运行。
优化同步光波长的解决方案只是降低环境变化对探测器最优探测时间的影响，但是当环境变化进一步加剧或者量子信道长度进一步增加时，还是存在探测器进行探测的最佳时刻随环境温度影响而变化的问题。同时，该方案受限于现有波分复用技术，当同步光波长和量子信号光波长差异较小时，同步光对量子信号光的影响将不可忽略，所引入的噪声将降低量子密钥生成系统的性能。
发明内容
本申请提供一种用于量子密钥生成系统的实时位同步的方法，以解决现有技术中，由于外部环境变化造成量子密钥生成系统接收端探测计数降低，从而导致安全密钥生成速率降低的问题。该方法实时得监测探测计数，当因为光子传输时间发生变化而导致探测计数降低的时候，该方法启动实时位同步修正过程以获取探测最佳时刻，而无需中断量子密钥生成系统的安全密钥生成流程。
本方法设置了合适的相对于探测器最大计数的探测器计数最低阈值，并据此最低阈值实时判断探测器的计数是否超出此阈值，从而判读探测器进行探测的最佳时刻是否发生变化。
通常设置的最低计数阈值比较靠近最大计数，当出现当前探测器计数值超出设定的最低阈值这一事件时，探测器的最佳探测时刻的变化值相对较小，这意味着可以在当前延时值附近的一个相对较小范围内进行搜索以找到最优探测时刻(即，不需要在整个脉冲范围内搜索)。在当前延时值附近的一个较小范围内，探测器的计数值不会明显降低，虽然量子密钥生成系统的工作性能会轻微降低，但仍可以继续正常生成安全密钥而无需中断密钥生成流程的。
所述方法包括以下步骤：一种用于量子密钥生成系统的实时位同步修正方法，
第一步，位同步处理单元持续读取探测器实时计数值及其对应的探测器实时的延时值，并获取探测器的延时效率关系、单位时间的最大计数值及其对应的最佳延时值，其中探测器延时效率关系为探测器的计数值与延时值的关系；
第二步，根据第一步获取的参数判断是否启动实时位同步反馈流程，若判断为否则返回第一步，若判断为是则执行下一步；
第三步，位同步处理单元获取探测器当前计数值和探测器当前延时值，位同步处理单元通过查找延时效率关系，获得探测器当前实时单位时间计数值在延时效率关系上对应着的两个可能的延时值，其中大于探测效率峰值的延时值称为前向延时值，另一个称为后向延时值；位同步处理单元获得所述前向延时值与所述后向延时值之间的差值；然后位同步处理单元将探测器当前延时值加上或减去某个小于该差值的值，所获结果或所获结果对脉冲周期取模后，作为探测器下一次扫描的延时值，并发送给延时控制单元；同时位同步处理单元记录这两个可能的延时值分别与延时效率关系的峰值对应的延时值的差值；；
第四步，延时控制单元将探测器的延时值调整为第三步位同步单元获取的延时值；
第五步，探测器根据第四步所设延时值进行得到计数值和/或相应计数的累计时间；
第六步，位同步处理单元根据第五步所获的计数值和/或相应计数的累计时间，判断探测器的当前延时值是否为探测器的最佳延时值；若当前延时值即为最佳延时值，则完成本轮位同步修正过程后，回到第一步；若当前延时值不是最佳延时值，则进入下一步；
第七步，位同步处理单元将探测器当前延时值修正为探测器的最佳延时值，并将最佳延时值发送给延时控制单元；
第八步，延时控制单元把探测器的延时值调整为第七步所获最佳延时值，完成本轮位同步修正后，回到第一步。
优选地，第一步中的所述单位时间，包括，
本轮位同步修正启动时或启动之前设定的某个固定的时间；
或一种通常使用的基本时间单位。
优选地，第一步中的所述延时效率关系，是预先标定的离散的点对点的关系，或是预先标定的根据离散的点对点关系得到的函数关系，或是在实际使用时，实时标定或通过机器学习等方式得到的离散的点对点的关系或根据离散的点对点关系得到的函数关系。
优选地，第一步中的所述探测器实时计数值包括，实时探测的计数值，或是在单位时间内根据实时探测的计数得到的累计计数值。
优选地，所述第一步中的获取探测器单位时间最大计数值，是根据当前探测器实时单位时间计数值和当前记录的单位时间最大计数值做比较后得到的；
当前探测器实时单位时间计数值大于当前记录的探测器单位时间最大计数值，则把当前记录的探测器单位时间最大计数值更新为当前探测器实时单位时间计数值；当前探测器实时单位时间计数值小于或等于当前记录的探测器单位时间最大计数值，则保持当前记录的探测器单位时间最大计数值不变；
或者，当前探测器实时单位时间计数值大于或等于当前记录的探测器单位时间最大计数值，则把当前记录的探测器单位时间最大计数值更新为当前探测器实时单位时间计数值；当前探测器实时单位时间计数值小于当前记录的探测器单位时间最大计数值，则保持当前记录的探测器单位时间最大计数值不变。
优选地，所述根据第一步获取的参数判断是否启动实时位同步反馈流程，包括，判断当前探测器实时的单位时间计数值是否低于所设阈值；若当前探测器实时单位时间计数值低于所设阈值则判断结果为是，否则判断为结果为否；其中所设的阈值是某个设定值，阈值小于探测器单位时间的最大计数值。
优选地，当探测器根据第四步所设延时值进行计数得到计数值和相应计数的累计时间，则所述探测器根据第四步所设延时值，按照计数累计时间进行计数累计；
所述计数累计时间为设定的时间或基本单位中的时间；
或者计数累计时间由接收方配置。
优选地，所述的第六步中的判断探测器当前延时值是否为探测器的最佳延时值，包括，
位同步处理单元根据第五步所得的计数值和/或相应计数的累计时间得到当前单位时间计数值，大于等于第三步中的当前计数值和/或相应计数的累计时间得到的单位时间计数值；
将探测器当前延时值加上某个小于该差值的值，当某个小于这个差值的值等于后向延时值和延时效率关系的峰值对应的延时值的差值时，则判断为探测器当前延时值是最佳延时值，或者，将探测器当前延时值减去某个小于该差值的值，当某个小于这个差值的值等于前向延时值和延时效率关系的峰值对应的延时值的差值时，则判断为探测器当前延时值是最佳延时值；
其他情形判断为否。
优选地，所述第七步中的将探测器当前延时值修正为探测器的最佳延时值，包括，
若探测器当前延时值加上某个小于该差值的值，位同步处理单元根据第五步所得的计数值和/或相应计数的累计时间得到当前单位时间计数值，当大于等于第三步所述的当前计数值和/或相应计数的累计时间得到的单位时间计数值，则探测器的延时值修正为：第三步所述的当前延时值为所述的后向延时值，加上所述的后向延时值和延时效率关系的峰值对应的延时值的差值后的延时值即为最佳延时值；
若探测器当前延时值加上某个小于该差值的值，位同步处理单元根据第五步所得的计数值和/或相应计数的累计时间得到当前单位时间计数值，当小于第三步所述的当前计数值和/或相应计数的累计时间得到的单位时间计数值，则探测器的延时值修正为：第三步所述的当前延时值为所述的前向延时值，减去所述的前向延时值和延时效率关系的峰值对应的延时值的差值后的延时值即为最佳延时值；
若探测器当前延时值减去某个小于该差值的值，位同步处理单元根据第五步所得的计数值和/或相应计数的累计时间得到当前单位时间计数值，大于等于第三步所述的当前计数值和/或相应计数的累计时间得到的单位时间计数值，则探测器的延时值修正为：第三步所述的当前延时值为所述的前向延时值，减去所述的前向延时值和延时效率关系的峰值对应的延时值的差值后的延时值即为最佳延时值；
若探测器当前延时值减去某个小于该差值的值，位同步处理单元所述第五步所得的计数值和/或相应计数的累计时间得到当前单位时间计数值，小于第三步所述的当前计数值和/或相应计数的累计时间得到的单位时间计数值，则探测器的延时值修正为：第三步所述的当前延时值为所述的后向延时值，加上所述的后向延时值和延时效率关系的峰值对应的延时值的差值后的延时值即为最佳延时值。
本方案具有以下优点：
1.实时进行探测器计数，并对探测器计数进行统计得到计数值，根据探测器计数值的变化判断，当因为光子传输时间发生变化而导致探测计数值降低的时候，该方法启动实时位同步修正过程以获取探测最佳时刻，而无需中断量子密钥生成系统的安全密钥生成流程。
2.探测器计数累计时间并非固定，而是根据探测器计数实现了量子信道的自适应调整，当每秒探测器计数值较高时，探测器计数累计时间相应得缩短，这有助于提升实时位同步方案的效率。
3.根据探测器的探测效率和时间的关系，以及有效探测计数降低的比例，判断得到当前探测时刻和最优探测时刻之间的偏差值，从而直接计算得到最优探测时刻。
本方法实时监控探测器的计数，然后进行统计。根据探测器计数的变化判断是否需要进行位同步。当因为光子传输时间发生变化而导致探测计数降低的时候，该方法启动实时位同步修正过程以获取探测最佳时刻，而无需中断量子密钥生成系统的安全密钥生成流程。
本申请所提供的方案为当探测器计数出现降低时，无需停止量子密钥生成系统的密钥生成流程，实时得进行反馈，从而增加了量子密钥分发系统的有效工作时间，提高了量子密钥分发系统的安全密钥产生速率。
同时，该方案通过这种反馈的方式也降低了外部环境对量子密钥分发系统的影响，提高了量子密钥分发系统的鲁棒性。
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为本申请的量子密钥生成系统的高速位同步修正方法流程原理图；
图2为探测器有效探测效率和探测时间的关系。
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修正方法，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。整个方法的工作流程如图1所示，主要步骤包括：
第一步，位同步处理单元持续读取探测器实时计数值及其对应的探测器实时的延时值，并获取探测器的延时效率关系、单位时间的最大计数值及其对应的最佳延时值；
第二步，根据第一步获取的参数判断是否启动实时位同步反馈流程，若判断为否则返回第一步，若判断为是则执行下一步；
第三步，位同步处理单元获取探测器当前计数值和探测器当前延时值，再根据延时效率关系，获得下一次扫描的延时值；
第四步，延时控制单元将探测器的延时值调整为第三步位同步单元获取的延时值；
第五步，探测器根据第四步所设延时值进行计数得到计数值和/或相应计数的的累计时间；
第六步，位同步处理单元根据第五步所获的计数值和/或相应计数的累计时间，判断探测器的当前延时值是否为探测器的最佳延时值；若当前延时值即为最佳延时值，则完成本轮位同步修正过程后，回到第一步；若当前延时值不是最佳延时值，则进入下一步；
第七步，位同步处理单元将探测器当前延时值修正为探测器的最佳延时值，并将最佳延时值发送给延时控制单元；
第八步，延时控制单元把探测器的延时值调整为第七步所获最佳延时值，完成本轮位同步修正后，回到第一步。
本申请的方法通过实时得探测器计数进行统计得到计数值，根据探测器计数的变化判断，当因为光子传输时间发生变化而导致探测计数降低的时候，该方法启动实时位同步修正过程以获取探测最佳时刻，而无需中断量子密钥生成系统的安全密钥生成流程。
本申请的方法中，探测器计数累计时间并非固定，而是根据探测器计数实现了量子信道的自适应调整，当每秒探测器计数值较高时，探测器计数累计时间相应得缩短，这有助于提升实时位同步方案的效率。
本申请的方法中，根据探测器的探测效率和时间的关系，以及有效探测计数降低的比例，判断得到当前探测时刻和最优探测时刻之间的偏差值，从而直接计算得到最优探测时刻。
本方法实时监控探测器的计数，然后进行统计。根据探测器计数的变化判断是否需要进行位同步。当因为光子传输时间发生变化而导致探测计数降低的时候，该方法启动实时位同步修正过程以获取探测最佳时刻，而无需中断量子密钥生成系统的安全密钥生成流程。
本申请所提供的方案为当探测器计数出现降低时(例如：当前探测器计数小于探测器计数最大值的95％，如图2所示)，无需停止量子密钥生成系统的密钥生成流程，实时得进行反馈，从而增加了量子密钥分发系统的有效工作时间，提高了量子密钥分发系统的安全密钥产生速率。
同时，该方案通过这种反馈的方式也降低了外部环境对量子密钥分发系统的影响，提高了量子密钥分发系统的鲁棒性。
【实施例1】
步骤101，位同步处理单元持续读取各探测器实时计数值及其对应的实时的延时值，并获取探测器探测延时效率关系、探测器最大单位时间计数值和其对应的最佳延时值。
所述单位时间计数值，是本轮位同步修正启动时或启动之前设定的某个特定长度的时间段内的计数，所述单位时间为某个事先所设的一段固定的时间。所述单位时间计数值，可以通过计数累计和/或该计数的累计时间来确定。所述计数累计时间有三种获得方式：①探测器在计数时临时指定的一段合理的、任意的时间长度；②采用一种通常使用的基本时间单位，例如秒、毫秒或皮秒等；③根据本轮位同步修正启动时或启动之前探测器设定的单位时间的探测器计数值，和探测器当前实时单位时间的计数值，计算得到。
第三种获得方式具体过程如下：
针对各探测器，设定合适的探测器有效累计计数，并据此计算该探测器计数累计时间，然后根据累计时间来统计探测器计数，与此同时记录并更新各探测器单位时间的计数的最大值det_cntmax。
探测器计数累计时间T根据当前单位时间的探测器计数值current_det_cnt确定，具体方法如下：
当current_det_cnt小于N1个/秒，探测器计数有效累计时间T设置为T1；
current_det_cnt大于N2个/秒，探测器计数有效累计时间T设置为T2；
current_det_cnt不小于N1个/秒，且current_det_cnt不大于N2个/秒，探测器计数有效累计时间T设置为；
Figure GDA0002891416120000061
上述N0、N1、N2、T1、T2可根据自身需要设置合适的数值。
所述的获取探测器计数的最大值，是根据当前探测器实时单位时间的探测器计数值和当前记录的单位时间的探测器最大计数值做比较后得到的；
当前探测器实时单位时间计数值大于当前记录的探测器单位时间最大计数值，则把当前记录的探测器单位时间最大计数值更新为当前探测器实时单位时间计数值；当前探测器实时单位时间计数值小于或等于当前记录的探测器单位时间最大计数值，则保持当前记录的探测器单位时间最大计数值不变；
或者，当前探测器实时单位时间计数值大于或等于当前记录的探测器单位时间最大计数值，则把当前记录的探测器单位时间最大计数值更新为当前探测器实时单位时间计数值；当前探测器实时单位时间计数值小于当前记录的探测器单位时间最大计数值，则保持当前记录的探测器单位时间最大计数值不变。
本步骤所述延时效率关系，可以是仪器出厂时标定的，也可以是探测器工作时，通过机器学习等方法得到。
步骤102，根据当前探测器单位时间的计数值和设定的单位时间的探测器计数的最低阈值，判断相应的探测器的延时值是否处于最佳探测时刻。如果某探测器一次或连续多次出现“当前探测器单位时间的计数值小于设定的单位时间的最低计数阈值”的事件，则启动实时位同步反馈流程。本方法把探测器此时的延时值称为探测器的延时初值，记为tc。
步骤103，根据探测器当前的计数det_cntc和当前的det_cntmax，通过
Figure GDA0002891416120000062
得到该计数值在探测器的延时效率关系中的位置，设此时探测器的单位时间计数为cnt0，该值由位同步处理单元记录。
由于探测器的延时效率关系存在峰值，因此当前计数值对应的延时值在探测器的延时效率关系中有两个可能的位置，即存在实时的计数值对应着延时效率关系中的两个可能的延时值。设其中较小的延时值和探测器的延时效率关系的峰值对应的延时值之差为Range1，较大的延时值和探测器的延时效率关系的峰值对应的延时值之差为Range2，这两个可能的延时值之间的差值为Range＝Range1+Range2
令
δ≤ΔTChange<Range
其中δ为保证探测器计数在时域上可分的一个参量。则后续探测器所需的延时值为以下两个值中的一个：
Figure GDA0002891416120000071
当
Figure GDA0002891416120000072
时，t1＝tc-ΔTChange。
当
Figure GDA0002891416120000073
时，t2＝tc+ΔTChange。
位同步处理单元将t1和t2两个值中的一个发送给延时控制单元。
步骤104，延时控制单元根据步骤103发来的延时值调节探测器的延时值为相应的t1或t2。
步骤105，位同步处理单元根据步骤103最终发送的延时值，获相应的探测器单位时间的计数值cnt1或cnt2。
步骤106，根据步骤103中位同步处理单元发送的延时值，比较cnt1与cnt0，或比较cnt2与cnt0，找到探测器单位时间的计数值中较大值，判断t1或t2是否为最佳延时值。判断过程如下：
当ΔTChange＝Range1，且步骤103位同步处理单元发送的是t2，若cnt2≥cnt0，则判断为是；
当ΔTChange＝Range2，且步骤103位同步处理单元发送的是t1，若cnt1≥cnt0，则判断为是；
其他情形判断为否。
当判断为是，则此时探测器的延时值即为最佳探测延时值，无需进一步调整，返回步骤101。
当判断为否，则此时探测器的延时值不是最佳探测延时值，本方法流程进入下一步骤。
步骤107，根据权利要求1所述的第七步中的将探测器当前延时值修正为探测器的最佳延时值，其特征在于：
若①步骤103最后发送的延时值为t1，②cnt1<cnt0，则探测器的延时值修正为：
Figure GDA0002891416120000074
当
Figure GDA0002891416120000075
时，Tc＝tc+Range1。
若①步骤103最后发送的延时值为t1，②cnt1>cnt0，则探测器的延时值修正为：
Figure GDA0002891416120000076
当
Figure GDA0002891416120000077
时，Tc＝tc-Range2。
若①步骤103最后发送的延时值为t2，②cnt2<cnt0，则探测器的延时值修正为：
Figure GDA0002891416120000078
当
Figure GDA0002891416120000081
时，Tc＝tc-Range2。
若①步骤103最后发送的延时值为t2，②cnt2>cnt0，则探测器的延时值修正为：
Figure GDA0002891416120000082
当
Figure GDA0002891416120000083
时，Tc＝tc+Range1。
此后，位同步处理单元将修正后的延时值作为最佳延时值，并发送给延时控制单元。
步骤108，延时控制单元根据步骤107发来的延时值调控各探测器的延时值，实现位同步修正，然后返回步骤101
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 (7)

1.一种用于量子密钥生成系统的实时位同步修正方法，其特征在于：
第一步，位同步处理单元持续读取探测器实时计数值及其对应的探测器实时的延时值，并获取探测器的延时效率关系、单位时间的最大计数值及其对应的最佳延时值，其中探测器延时效率关系为探测器的计数值与延时值的关系；
第二步，根据第一步获取的参数判断是否启动实时位同步反馈流程，若判断为否则返回第一步，若判断为是则执行下一步；
第三步，位同步处理单元获取探测器当前计数值和探测器当前延时值，位同步处理单元通过查找延时效率关系，获得探测器当前实时单位时间计数值在延时效率关系上对应着的两个可能的延时值，其中大于探测效率峰值的延时值称为前向延时值，另一个称为后向延时值；位同步处理单元获得所述前向延时值与所述后向延时值之间的差值；然后位同步处理单元将探测器当前延时值加上或减去某个小于该差值的值，所获结果或所获结果对脉冲周期取模后，作为探测器下一次扫描的延时值，并发送给延时控制单元；同时位同步处理单元记录这两个可能的延时值分别与延时效率关系的峰值对应的延时值的差值；
第四步，延时控制单元将探测器的延时值调整为第三步位同步单元获取的延时值；
第五步，探测器根据第四步所设延时值进行计数得到计数值和/或相应计数的累计时间；
第六步，位同步处理单元根据第五步所获的计数值和/或相应计数的累计时间，判断探测器的当前延时值是否为探测器的最佳延时值；若当前延时值即为最佳延时值，则完成本轮位同步修正过程后，回到第一步；若当前延时值不是最佳延时值，则进入下一步；
第七步，位同步处理单元将探测器当前延时值修正为探测器的最佳延时值，并将最佳延时值发送给延时控制单元；
第八步，延时控制单元把探测器的延时值调整为第七步所获最佳延时值，完成本轮位同步修正后，回到第一步。
2.根据权利要求1所述的用于量子密钥生成系统的实时位同步修正方法，其特征在于：
第一步中的所述延时效率关系，是预先标定的离散的点对点的关系，或是预先标定的根据离散的点对点关系得到的函数关系，或是在实际使用时，实时标定或通过机器学习的方式得到的离散的点对点的关系或根据离散的点对点关系得到的函数关系。
3.根据权利要求1所述的用于量子密钥生成系统的实时位同步修正方法，其特征在于：第一步中的所述探测器实时计数值包括，实时探测的计数值，或是在单位时间内根据实时探测的计数得到的累计计数值。
4.根据权利要求1所述的用于量子密钥生成系统的实时位同步修正方法，其特征在于：所述第一步中的获取探测器单位时间最大计数值，是根据当前探测器实时单位时间计数值和当前记录的单位时间最大计数值做比较后得到的；
当前探测器实时单位时间计数值大于当前记录的探测器单位时间最大计数值，则把当前记录的探测器单位时间最大计数值更新为当前探测器实时单位时间计数值；当前探测器实时单位时间计数值小于或等于当前记录的探测器单位时间最大计数值，则保持当前记录的探测器单位时间最大计数值不变；
或者，当前探测器实时单位时间计数值大于或等于当前记录的探测器单位时间最大计数值，则把当前记录的探测器单位时间最大计数值更新为当前探测器实时单位时间计数值；当前探测器实时单位时间计数值小于当前记录的探测器单位时间最大计数值，则保持当前记录的探测器单位时间最大计数值不变。
5.根据权利要求1所述的用于量子密钥生成系统的实时位同步修正方法，其特征在于：所述根据第一步获取的参数判断是否启动实时位同步反馈流程，包括，判断当前探测器实时的单位时间计数值是否低于所设阈值；若当前探测器实时单位时间计数值低于所设阈值则判断结果为是，否则判断为结果为否；其中所设的阈值是某个设定值，阈值小于探测器单位时间的最大计数值。
6.根据权利要求1所述用于量子密钥生成系统的实时位同步修正方法，其特征在于：所述的第六步中的判断探测器当前延时值是否为探测器的最佳延时值，包括，
位同步处理单元根据第五步所得的计数值和/或相应计数的累计时间得到当前单位时间计数值，大于等于第三步中的当前计数值和/或相应计数的累计时间得到的单位时间计数值；
将探测器当前延时值加上某个小于该差值的值，当某个小于这个差值的值等于后向延时值和延时效率关系的峰值对应的延时值的差值时，则判断为探测器当前延时值是最佳延时值，或者，将探测器当前延时值减去某个小于该差值的值，当某个小于这个差值的值等于前向延时值和延时效率关系的峰值对应的延时值的差值时，则判断为探测器当前延时值是最佳延时值；
其他情形判断为否。
7.根据权利要求1所述用于量子密钥生成系统的实时位同步修正方法，其特征在于：所述第七步中的将探测器当前延时值修正为探测器的最佳延时值，包括，
若探测器当前延时值加上某个小于该差值的值，位同步处理单元根据第五步所得的计数值和/或相应计数的累计时间得到当前单位时间计数值，当大于等于第三步所述的当前计数值和/或相应计数的累计时间得到的单位时间计数值，则探测器的延时值修正为：第三步所述的当前延时值为所述的后向延时值，加上所述的后向延时值和延时效率关系的峰值对应的延时值的差值后的延时值即为最佳延时值；
若探测器当前延时值加上某个小于该差值的值，位同步处理单元根据第五步所得的计数值和/或相应计数的累计时间得到当前单位时间计数值，当小于第三步所述的当前计数值和/或相应计数的累计时间得到的单位时间计数值，则探测器的延时值修正为：第三步所述的当前延时值为所述的前向延时值，减去所述的前向延时值和延时效率关系的峰值对应的延时值的差值后的延时值即为最佳延时值；
若探测器当前延时值减去某个小于该差值的值，位同步处理单元根据第五步所得的计数值和/或相应计数的累计时间得到当前单位时间计数值，大于等于第三步所述的当前计数值和/或相应计数的累计时间得到的单位时间计数值，则探测器的延时值修正为：第三步所述的当前延时值为所述的前向延时值，减去所述的前向延时值和延时效率关系的峰值对应的延时值的差值后的延时值即为最佳延时值；
若探测器当前延时值减去某个小于该差值的值，位同步处理单元所述第五步所得的计数值和/或相应计数的累计时间得到当前单位时间计数值，小于第三步所述的当前计数值和/或相应计数的累计时间得到的单位时间计数值，则探测器的延时值修正为：第三步所述的当前延时值为所述的后向延时值，加上所述的后向延时值和延时效率关系的峰值对应的延时值的差值后的延时值即为最佳延时值。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114697016A (zh) * 2020-12-31 2022-07-01 科大国盾量子技术股份有限公司 一种自动校准单光子探测位置的校准系统及方法
CN113029367B (zh) * 2021-03-19 2022-05-17 南京大学 一种单光子符合对数测量方法及装置
CN116049506B (zh) * 2021-10-28 2024-06-14 本源量子计算科技（合肥）股份有限公司 基于量子计算的数值查找方法、装置、设备及存储介质

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101800636A (zh) * 2010-02-04 2010-08-11 安徽量子通信技术有限公司 一种用于量子密钥分发的同步装置及同步方法
CN102724036A (zh) * 2012-06-04 2012-10-10 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
CN104579640A (zh) * 2014-12-24 2015-04-29 上海理工大学 量子通信系统的实时延时跟踪装置和方法
CN106788849A (zh) * 2016-12-30 2017-05-31 北京信息科学技术研究院 一种用于量子密钥分配系统中自适应光纤长度的延时补偿方法
CN108337086A (zh) * 2018-02-02 2018-07-27 北京邮电大学 一种适用于量子密钥分法系统中的相位同步采样方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014068959A1 (ja) * 2012-11-01 2014-05-08 日本電気株式会社 光通信システムにおける光受信装置、光子検出器の制御方法および装置、並びに光子検出器の暗計数評価方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101800636A (zh) * 2010-02-04 2010-08-11 安徽量子通信技术有限公司 一种用于量子密钥分发的同步装置及同步方法
CN102724036A (zh) * 2012-06-04 2012-10-10 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
CN104579640A (zh) * 2014-12-24 2015-04-29 上海理工大学 量子通信系统的实时延时跟踪装置和方法
CN106788849A (zh) * 2016-12-30 2017-05-31 北京信息科学技术研究院 一种用于量子密钥分配系统中自适应光纤长度的延时补偿方法
CN108337086A (zh) * 2018-02-02 2018-07-27 北京邮电大学 一种适用于量子密钥分法系统中的相位同步采样方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
一种高效量子密钥分发系统主动相位补偿方法;王金东 等;《物理学报》;20100115;第281-286页 *

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