CN115276945B - 用于对齐光脉冲的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供用于对齐光脉冲的方法和装置，其中，所述方法包括：按照预定步长自左向右或自右向左地改变光源发出的光脉冲的延时位置；使用时钟的上升沿对由所述光脉冲转换的电脉冲的下降沿进行采样；统计所述光脉冲在各个延时位置处的预定持续时间段内通过所述采样输出的计数，以获取所述计数随所述光脉冲的延时位置的采样分布；将所述光脉冲的延时位置锁定至所述采样分布中的所述计数从无到有或从有到无的部分采样所在的延时区段的中间值，以通过使所述电脉冲的下降沿与所述时钟的上升沿对齐来使所述光脉冲与所述时钟对齐。本发明能够在不使用示波器的情况下实现对来自不同光源制备的光脉冲的自动对齐和合束，这为量子密钥的产生提供了安全保障。

Description

用于对齐光脉冲的方法和装置
技术领域
本发明涉及量子通信技术领域，尤其涉及用于对齐光脉冲的方法和装置。
背景技术
通常，在量子通信系统（诸如，量子密钥分发系统）中，使用多个光源来制备携带编码信息的光脉冲，并且每个光源负责制备携带不同编码信息的光脉冲。例如，在基于时间相位编码的量子密钥分发系统中，设置有用于制备相位基光脉冲X0或X1的光源以及用于制备时间基光脉冲Z0或Z1的光源，这些携带有不同编码信息的光脉冲将被系统合束成一束光以从发射端传送至接收端。
然而，尽管这些光脉冲以相同的频率制备，但是由于这些光脉冲来自不同的光源器件，而这些光源器件本身就存在制造上的差异，因此，通过这些光源器件输出的光脉冲的延时位置也会存在差异，这种差异有助于攻击方有从合束的光脉冲中甄别出各个光脉冲所携带的编码信息，在一定程度上降低了量子通信系统的安全性。
发明内容
本发明的目的在于提供用于合束光脉冲的方法和装置。
根据本发明的一方面，提供一种用于对齐光脉冲的方法，所述方法包括：按照预定步长自左向右或自右向左地改变光源发出的光脉冲的延时位置；使用时钟的上升沿对由所述光脉冲转换的电脉冲的下降沿进行采样；统计所述光脉冲在各个延时位置处的预定持续时间段内通过所述采样输出的计数，以获取所述计数随所述光脉冲的延时位置的采样分布；将所述光脉冲的延时位置锁定至所述采样分布中的所述计数从无到有或从有到无的部分采样所在的延时区段的中间值，以通过使所述电脉冲的下降沿与所述时钟的上升沿对齐来使所述光脉冲与所述时钟对齐。
根据本发明的一个实施例，所述部分采样被拟合为一条斜率相对陡峭的直线段。
根据本发明的另一方面，提供一种用于对齐光脉冲的方法，所述方法包括：按照预定步长自左向右或自右向左地改变光源发出的光脉冲的延时位置；使用时钟的上升沿对由所述光脉冲转换的电脉冲的上升沿进行采样；统计所述光脉冲在各个延时位置处的预定持续时间段内通过所述采样输出的计数，以获取所述计数随所述光脉冲的延时位置的采样分布；将所述光脉冲的延时位置锁定至所述采样分布中的所述计数从无到有或从有到无的部分采样所在的延时区段的中间值，以通过使所述电脉冲的上升沿与所述时钟的上升沿对齐来使所述光脉冲与所述时钟对齐。
根据本发明的一个实施例，所述部分采样被拟合为一条斜率相对陡峭的直线段。
根据本发明的另一方面，提供一种用于对齐光脉冲的方法，所述方法包括：按照预定步长自左向右或自右向左地改变光源发出的光脉冲的延时位置；使用时钟的下降沿对由所述光脉冲转换的电脉冲的下降沿进行采样；统计所述光脉冲在各个延时位置处的预定持续时间段内通过所述采样输出的计数，以获取所述计数随所述光脉冲的延时位置的采样分布；将所述光脉冲的延时位置锁定至所述采样分布中的所述计数从无到有或从有到无的部分采样所在的延时区段的中间值，以通过使所述电脉冲的下降沿与所述时钟的下降沿对齐来使所述光脉冲与所述时钟对齐。
根据本发明的一个实施例，所述部分采样被拟合为一条斜率相对陡峭的直线段。
根据本发明的另一方面，提供一种用于对齐光脉冲的方法，所述方法包括：按照预定步长自左向右或自右向左地改变光源发出的光脉冲的延时位置；使用时钟的下降沿对由所述光脉冲转换的电脉冲的上升沿进行采样；统计所述光脉冲在各个延时位置处的预定持续时间段内通过所述采样输出的计数，以获取所述计数随所述光脉冲的延时位置的采样分布；将所述光脉冲的延时位置锁定至所述采样分布中的所述计数从无到有或从有到无的部分采样所在的延时区段的中间值，以通过使所述电脉冲的上升沿与所述时钟的下降沿对齐来使所述光脉冲与所述时钟对齐。
根据本发明的一个实施例，所述部分采样被拟合为一条斜率相对陡峭的直线段。
根据本发明的另一方面，提供一种用于对齐光脉冲的装置，所述装置包括：延时调节单元，被配置为按照预定步长自左向右或自右向左地改变光源发出的光脉冲的延时位置；时钟采样单元，被配置为使用时钟的上升沿对由所述光脉冲转换的电脉冲的下降沿进行采样；计数统计单元，被配置为统计所述光脉冲在各个延时位置处的预定持续时间段内通过所述采样输出的计数，以获取所述计数随所述光脉冲的延时位置的采样分布；锁定对齐单元，被配置为将所述光脉冲的延时位置锁定至所述采样分布中的所述计数从无到有或从有到无的部分采样所在的延时区段的中间值，以通过使所述电脉冲的下降沿与所述时钟的上升沿对齐来使所述光脉冲与所述时钟对齐。
根据本发明的一个实施例，所述部分采样被拟合为一条斜率相对陡峭的直线段。
根据本发明的另一方面，提供一种用于对齐光脉冲的装置，所述装置包括：延时调节单元，被配置为按照预定步长自左向右或自右向左地改变光源发出的光脉冲的延时位置；时钟采样单元，被配置为使用时钟的上升沿对由所述光脉冲转换的电脉冲的上升沿进行采样；计数统计单元，被配置为统计所述光脉冲在各个延时位置处的预定持续时间段内通过所述采样输出的计数，以获取所述计数随所述光脉冲的延时位置的采样分布；锁定对齐单元，被配置为将所述光脉冲的延时位置锁定至所述采样分布中的所述计数从无到有或从有到无的部分采样所在的延时区段的中间值，以通过使所述电脉冲的上升沿与所述时钟的上升沿对齐来使所述光脉冲与所述时钟对齐。
根据本发明的一个实施例，所述部分采样被拟合为一条斜率相对陡峭的直线段。
根据本发明的另一方面，提供一种用于对齐光脉冲的装置，所述装置包括：延时调节单元，被配置为按照预定步长自左向右或自右向左地改变光源发出的光脉冲的延时位置；时钟采样单元，被配置为使用时钟的下降沿对由所述光脉冲转换的电脉冲的下降沿进行采样；计数统计单元，被配置为统计所述光脉冲在各个延时位置处的预定持续时间段内通过所述采样输出的计数，以获取所述计数随所述光脉冲的延时位置的采样分布；锁定对齐单元，被配置为将所述光脉冲的延时位置锁定至所述采样分布中的所述计数从无到有或从有到无的部分采样所在的延时区段的中间值，以通过使所述电脉冲的下降沿与所述时钟的下降沿对齐来使所述光脉冲与所述时钟对齐。
根据本发明的一个实施例，所述部分采样被拟合为一条斜率相对陡峭的直线段。
根据本发明的另一方面，提供一种用于对齐光脉冲的装置，所述装置包括：延时调节单元，被配置为按照预定步长自左向右或自右向左地改变光源发出的光脉冲的延时位置；时钟采样单元，被配置为使用时钟的下降沿对由所述光脉冲转换的电脉冲的上升沿进行采样；计数统计单元，被配置为统计所述光脉冲在各个延时位置处的预定持续时间段内通过所述采样输出的计数，以获取所述计数随所述光脉冲的延时位置的采样分布；锁定对齐单元，被配置为将所述光脉冲的延时位置锁定至所述采样分布中的所述计数从无到有或从有到无的部分采样所在的延时区段的中间值，以通过使所述电脉冲的上升沿与所述时钟的下降沿对齐来使所述光脉冲与所述时钟对齐。
根据本发明的一个实施例，所述部分采样被拟合为一条斜率相对陡峭的直线段。
根据本发明的另一方面，提供一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，当所述计算机程序在被处理器执行时，实现如前面所述的用于对齐光脉冲的方法。
根据本发明的另一方面，提供一种计算机设备，所述计算机设备包括：处理器；存储器，存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如前面所述的用于对齐光脉冲的方法。
本发明所提供的用于对齐光脉冲的方法和装置能够在不使用示波器的情况下实现对来自不同光源制备的光脉冲的自动对齐和合束，这为量子密钥的产生提供了安全保障。
附图说明
通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述目的和特点将会变得更加清楚。
图1示出的是根据本发明的示例性实施例的用于对齐光脉冲的方法的示意性流程图。
图2示出的是根据本发明的示例性实施例的用于对齐光脉冲的方法的另一示意性流程图。
图3示出的是根据本发明的示例性实施例的用于对齐光脉冲的方法的另一示意性流程图。
图4示出的是根据本发明的示例性实施例的用于对齐光脉冲的方法的另一示意性流程图。
图5示出的是根据本发明的示例性实施例的由光脉冲转换的电脉冲的下降沿相对于时钟的上升沿被调整至不同采样区域的时序图。
图6示出的是根据本发明的示例性实施例的计数随光脉冲的延时位置的采样分布的示意图。
图7示出的是根据本发明的示例性实施例的由光脉冲转换的电脉冲的上升沿相对于时钟的上升沿被调整至不同采样区域的另一时序图。
图8示出的是根据本发明的示例性实施例的计数随光脉冲的延时位置的采样分布的另一示意图。
图9示出的是根据本发明的示例性实施例的由光脉冲转换的电脉冲的下降沿相对于时钟的下降沿被调整至不同采样区域的另一时序图。
图10示出的是根据本发明的示例性实施例的计数随光脉冲的延时位置的采样分布的另一示意图。
图11示出的是根据本发明的示例性实施例的由光脉冲转换的电脉冲的上升沿相对于时钟的下降沿被调整至不同采样区域的另一时序图。
图12示出的是根据本发明的示例性实施例的计数随光脉冲的延时位置的采样分布的另一示意图。
图13示出的是根据本发明的示例性实施例的用于对齐光脉冲的装置的示意性结构框图。
图14示出的是根据本发明的示例性实施例的包括多个光源的量子通信系统的发射端。
图15示出的是使用图1所示的方法对齐图14所示的各路光源发出的编码光的示意图。
具体实施方式
下面，将参照附图来详细说明本发明的实施例。
图1示出的是根据本发明的示例性实施例的用于对齐光脉冲的方法的示意性流程图。
参照图1，图1所示的方法可包括如下步骤。
在步骤101，可按照预定步长自左向右或自右向左地改变光源发出的光脉冲的延时位置。
在步骤102，可使用时钟的上升沿对由光脉冲转换的电脉冲的下降沿进行采样。
在步骤103，可统计光脉冲在各个延时位置处的预定持续时间段内通过采样输出的计数，以获取计数随光脉冲的延时位置的采样分布。
在步骤104，可将光脉冲的延时位置锁定至采样分布中的计数从无到有或从有到无的部分采样所在的延时区段的中间值，以通过使电脉冲的下降沿与时钟的上升沿对齐来使光脉冲与时钟对齐。
图2示出的是根据本发明的示例性实施例的用于对齐光脉冲的方法的另一示意性流程图。
参照图2，图2所示的方法可包括如下步骤。
在步骤201，可按照预定步长自左向右或自右向左地改变光源发出的光脉冲的延时位置。
在步骤202，可使用时钟的上升沿对由光脉冲转换的电脉冲的上升沿进行采样。
在步骤203，可统计光脉冲在各个延时位置处的预定持续时间段内通过采样输出的计数，以获取计数随光脉冲的延时位置的采样分布。
在步骤204，可将光脉冲的延时位置锁定至采样分布中的计数从无到有或从有到无的部分采样所在的延时区段的中间值，以通过使电脉冲的上升沿与时钟的上升沿对齐来使光脉冲与时钟对齐。
图3示出的是根据本发明的示例性实施例的用于对齐光脉冲的方法的另一示意性流程图。
参照图3，图3所示的方法可包括如下步骤。
在步骤301，可按照预定步长自左向右或自右向左地改变光源发出的光脉冲的延时位置。
在步骤302，可使用时钟的下降沿对由光脉冲转换的电脉冲的下降沿进行采样。
在步骤303，可统计光脉冲在各个延时位置处的预定持续时间段内通过采样输出的计数，以获取计数随光脉冲的延时位置的采样分布。
在步骤304，可将光脉冲的延时位置锁定至采样分布中的计数从无到有或从有到无的部分采样所在的延时区段的中间值，以通过使电脉冲的下降沿与时钟的下降沿对齐来使光脉冲与时钟对齐。
图4示出的是根据本发明的示例性实施例的用于对齐光脉冲的方法的另一示意性流程图。
参照图4，图4所示的方法可包括如下步骤。
在步骤401，可按照预定步长自左向右或自右向左地改变光源发出的光脉冲的延时位置。
在步骤402，可使用时钟的下降沿对由光脉冲转换的电脉冲的上升沿进行采样。
在步骤403，可统计光脉冲在各个延时位置处的预定持续时间段内通过采样输出的计数，以获取计数随光脉冲的延时位置的采样分布。
在步骤404，可将光脉冲的延时位置锁定至采样分布中的计数从无到有或从有到无的部分采样所在的延时区段的中间值，以通过使电脉冲的上升沿与时钟的下降沿对齐来使光脉冲与时钟对齐。
下面，将结合图5至图12来进一步详细地描述根据本发明的示例性实施例的用于对齐光脉冲的方法的具体实施过程。
图5示出的是根据本发明的示例性实施例的由光脉冲转换的电脉冲的下降沿相对于时钟的上升沿被调整至不同采样区域的时序图。
参照图5，在保持时钟CLOCK的延时位置不变的情况下，由光脉冲转换的电脉冲SIGNAL可相对于时钟CLOCK的上升沿按照预定步长自左向右地移动，当由光脉冲转换的电脉冲SIGNAL的下降沿相对于时钟CLOCK的上升沿移动至“0”区域时，时钟CLOCK的上升沿对着电脉冲SIGNAL的低电平，采样值可被输出为计数“0”；当由光脉冲转换的电脉冲SIGNAL的下降沿相对于时钟CLOCK的上升沿移动至“不确定”区域时，时钟CLOCK的上升沿与电脉冲SIGNAL的下降沿接近，采样值可能被输出为计数“0”或“1”；当由光脉冲转换的电脉冲SIGNAL的下降沿相对于时钟CLOCK的上升沿移动至“1”区域时，时钟CLOCK的上升沿对着电脉冲SIGNAL的高电平，采样值可输出为计数“1”。
图6示出的是根据本发明的示例性实施例的计数随光脉冲的延时位置的采样分布的示意图。
参照图6，由于在“0”区域与“1”区域之间存在“不确定”区域，因此，在针对光脉冲的每个延时位置采样N个周期（即，预定持续时间段）的情况下，当由光脉冲转换的电脉冲SIGNAL位于“0”区域时，针对光脉冲在N个周期统计的计数可为0；当由光脉冲转换的电脉冲SIGNAL位于“1”区域时，针对光脉冲在N个周期统计的计数可为N；当由光脉冲转换的电脉冲SIGNAL位于“不确定”区域时，针对光脉冲在N个周期统计的计数可介于0到N之间。例如，对于图5所示的“不确定”区域，当由光脉冲转换的电脉冲SIGNAL的延时位置越接近于图5所示的“0”区域时，图6所示的计数越接近0；当由光脉冲转换的电脉冲SIGNAL的延时位置越接近于图5所示的“1”区域时，图6所示的计数越接近N。
在图6示出的采样分布中，“不确定”区域可位于100ps到150ps之间，在该延时区段内，随着光脉冲自左向右地移动，针对光脉冲在各个延时位置的N个周期内统计的计数可从0.2N上升至0.8N，并且介于0.2N与0.8N之间的计数点可被拟合成一条斜率相对陡峭的直线段L1，在该直线段L1所在的延时区段内，针对光脉冲统计的计数可从无到有，并且由光脉冲转换的电脉冲SIGNAL的下降沿可与时钟CLOCK的上升沿接近，这种接近可用于对齐光脉冲与时钟。
因此，在图6示出的采样分布中，介于100ps到150ps之间的延时区段的中间值可被锁定为光脉冲的延时位置，以使得由光脉冲转换的电脉冲SIGNAL的下降沿与时钟CLOCK的上升沿对齐，进而使得光脉冲与时钟CLOCK对齐。
应当理解，尽管图5和图6示出了通过自左向右地移动光脉冲而获取到的计数从无到有的采样分布（如图6所示的直线段L1）来对齐电脉冲SIGNAL的下降沿与时钟CLOCK的上升沿的示例，但是也可以以上述同样的方式，通过自右向左地移动光脉冲而获取到的计数从有到无的采样分布来对齐电脉冲SIGNAL的下降沿与时钟CLOCK的上升沿。
图7示出的是根据本发明的示例性实施例的由光脉冲转换的电脉冲的上升沿相对于时钟的上升沿被调整至不同采样区域的另一时序图。
参照图7，在保持时钟CLOCK的延时位置不变的情况下，由光脉冲转换的电脉冲SIGNAL可相对于时钟CLOCK的上升沿按照预定步长自左向右地移动，当由光脉冲转换的电脉冲SIGNAL的上升沿相对于时钟CLOCK的上升沿移动至“1”区域时，时钟CLOCK的上升沿对着电脉冲SIGNAL的高电平，采样值可被输出为计数“1”；当由光脉冲转换的电脉冲SIGNAL的上升沿相对于时钟CLOCK的上升沿移动至“不确定”区域时，时钟CLOCK的上升沿与电脉冲SIGNAL的上升沿接近，采样值可能被输出为计数“1”或“0”；当由光脉冲转换的电脉冲SIGNAL的上升沿相对于时钟CLOCK的上升沿移动至“0”区域时，时钟CLOCK的上升沿对着电脉冲SIGNAL的低电平，采样值可输出为计数“0”。
图8示出的是根据本发明的示例性实施例的计数随光脉冲的延时位置的采样分布的另一示意图。
参照图8，由于在“1”区域与“0”区域之间存在“不确定”区域，因此，在针对光脉冲的每个延时位置采样N个周期（即，预定持续时间段）的情况下，当由光脉冲转换的电脉冲SIGNAL位于“1”区域时，针对光脉冲在N个周期统计的计数可为N；当由光脉冲转换的电脉冲SIGNAL位于“0”区域时，针对光脉冲在N个周期统计的计数可为0；当由光脉冲转换的电脉冲SIGNAL位于“不确定”区域时，针对光脉冲在N个周期统计的计数可介于N到0之间。例如，对于图7所示的“不确定”区域，当由光脉冲转换的电脉冲SIGNAL的延时位置越接近于图7所示的“1”区域时，图8所示的计数越接近N；当由光脉冲转换的电脉冲SIGNAL的延时位置越接近于图7所示的“0”区域时，图8所示的计数越接近0。
在图8示出的采样分布中，“不确定”区域可位于225ps到275ps之间，在该延时区段内，随着光脉冲自左向右地移动，针对光脉冲在各个延时位置的N个周期内统计的计数可从0.8N下降至0.2N，并且介于0.8N与0.2N之间的计数点可被拟合成一条斜率相对陡峭的直线段L2，在该直线段L2所在的延时区段内，针对光脉冲统计的计数可从有到无，并且由光脉冲转换的电脉冲SIGNAL的上升沿可与时钟CLOCK的上升沿接近，这种接近可用于对齐光脉冲与时钟。
因此，在图8示出的采样分布中，介于225ps到275ps之间的延时区段的中间值可被锁定为光脉冲的延时位置，以使得由光脉冲转换的电脉冲SIGNAL的上升沿与时钟CLOCK的上升沿对齐，进而使得光脉冲与时钟CLOCK对齐。
应当理解，尽管图7和图8示出了通过自左向右地移动光脉冲而获取到的计数从有到无的采样分布（如图8所示的直线段L2）来对齐电脉冲SIGNAL的上升沿与时钟CLOCK的上升沿的示例，但是也可以以上述同样的方式，通过自右向左地移动光脉冲而获取到的计数从无到有的采样分布来对齐电脉冲SIGNAL的上升沿与时钟CLOCK的上升沿。
图9示出的是根据本发明的示例性实施例的由光脉冲转换的电脉冲的下降沿相对于时钟的下降沿被调整至不同采样区域的另一时序图。
参照图9，在保持时钟CLOCK的延时位置不变的情况下，由光脉冲转换的电脉冲SIGNAL可相对于时钟CLOCK的下降沿按照预定步长自左向右地移动，当由光脉冲转换的电脉冲SIGNAL的下降沿相对于时钟CLOCK的下降沿移动至“0”区域时，时钟CLOCK的下降沿对着电脉冲SIGNAL的低电平，采样值可被输出为计数“0”；当由光脉冲转换的电脉冲SIGNAL的下降沿相对于时钟CLOCK的下降沿移动至“不确定”区域时，时钟CLOCK的下降沿与电脉冲SIGNAL的下降沿接近，采样值可能被输出为计数“0”或“1”；当由光脉冲转换的电脉冲SIGNAL的下降沿相对于时钟CLOCK的下降沿移动至“1”区域时，时钟CLOCK的下降沿对着电脉冲SIGNAL的高电平，采样值可输出为计数“1”。
图10示出的是根据本发明的示例性实施例的计数随光脉冲的延时位置的采样分布的另一示意图。
参照图10，由于在“0”区域与“1”区域之间存在“不确定”区域，因此，在针对光脉冲的每个延时位置采样N个周期（即，预定持续时间段）的情况下，当由光脉冲转换的电脉冲SIGNAL位于“0”区域时，针对光脉冲在N个周期统计的计数可为0；当由光脉冲转换的电脉冲SIGNAL位于“1”区域时，针对光脉冲在N个周期统计的计数可为N；当由光脉冲转换的电脉冲SIGNAL位于“不确定”区域时，针对光脉冲在N个周期统计的计数可介于0到N之间。例如，对于图9所示的“不确定”区域，当由光脉冲转换的电脉冲SIGNAL的延时位置越接近于图9所示的“0”区域时，图10所示的计数越接近0；当由光脉冲转换的电脉冲SIGNAL的延时位置越接近于图9所示的“1”区域时，图10所示的计数越接近N。
在图10示出的采样分布中，“不确定”区域可位于100ps到150ps之间，在该延时区段内，随着光脉冲自左向右地移动，针对光脉冲在各个延时位置的N个周期内统计的计数可从0.2N上升至0.8N，并且介于0.2N与0.8N之间的计数点可被拟合成一条斜率相对陡峭的直线段L3，在该直线段L3所在的延时区段内，针对光脉冲统计的计数可从无到有，并且由光脉冲转换的电脉冲SIGNAL的下降沿可与时钟CLOCK的下降沿接近，这种接近可用于对齐光脉冲与时钟。
因此，在图10示出的采样分布中，介于100ps到150ps之间的延时区段的中间值可被锁定为光脉冲的延时位置，以使得由光脉冲转换的电脉冲SIGNAL的下降沿与时钟CLOCK的下降沿对齐，进而使得光脉冲与时钟CLOCK对齐。
应当理解，尽管图9和图10示出了通过自左向右地移动光脉冲而获取到的计数从无到有的采样分布（如图10所示的直线段L3）来对齐电脉冲SIGNAL的下降沿与时钟CLOCK的下降沿的示例，但是也可以以上述同样的方式，通过自右向左地移动光脉冲而获取到的计数从有到无的采样分布来对齐电脉冲SIGNAL的下降沿与时钟CLOCK的下降沿。
图11示出的是根据本发明的示例性实施例的由光脉冲转换的电脉冲的上升沿相对于时钟的下降沿被调整至不同采样区域的另一时序图。
参照图11，在保持时钟CLOCK的延时位置不变的情况下，由光脉冲转换的电脉冲SIGNAL可相对于时钟CLOCK的下降沿按照预定步长自左向右地移动，当由光脉冲转换的电脉冲SIGNAL的上升沿相对于时钟CLOCK的下降沿移动至“1”区域时，时钟CLOCK的下降沿对着电脉冲SIGNAL的高电平，采样值可被输出为计数“1”；当由光脉冲转换的电脉冲SIGNAL的上升沿相对于时钟CLOCK的下降沿移动至“不确定”区域时，时钟CLOCK的下降沿与电脉冲SIGNAL的上升沿接近，采样值可能被输出为计数“1”或“0”；当由光脉冲转换的电脉冲SIGNAL的上升沿相对于时钟CLOCK的下降沿移动至“0”区域时，时钟CLOCK的下降沿对着电脉冲SIGNAL的低电平，采样值可输出为计数“0”。
图12示出的是根据本发明的示例性实施例的计数随光脉冲的延时位置的采样分布的另一示意图。
参照图12，由于在“1”区域与“0”区域之间存在“不确定”区域，因此，在针对光脉冲的每个延时位置采样N个周期（即，预定持续时间段）的情况下，当由光脉冲转换的电脉冲SIGNAL位于“1”区域时，针对光脉冲在N个周期统计的计数可为N；当由光脉冲转换的电脉冲SIGNAL位于“0”区域时，针对光脉冲在N个周期统计的计数可为0；当由光脉冲转换的电脉冲SIGNAL位于“不确定”区域时，针对光脉冲在N个周期统计的计数可介于N到0之间。例如，对于图11所示的“不确定”区域，当由光脉冲转换的电脉冲SIGNAL的延时位置越接近于图11所示的“1”区域时，图12所示的计数越接近N；当由光脉冲转换的电脉冲SIGNAL的延时位置越接近于图11所示的“0”区域时，图12所示的计数越接近0。
在图12示出的采样分布中，“不确定”区域可位于225ps到275ps之间，在该延时区段内，随着光脉冲自左向右地移动，针对光脉冲在各个延时位置的N个周期段内统计的计数可从0.8N下降至0.2N，并且介于0.8N与0.2N之间的计数点可被拟合成一条斜率相对陡峭的直线段L4，在该直线段L4所在的延时区段内，针对光脉冲统计的计数可从有到无，并且由光脉冲转换的电脉冲SIGNAL的上升沿与时钟CLOCK的下降沿接近，这种接近可用于对齐光脉冲与时钟。
因此，在图12示出的采样分布中，介于225ps到275ps之间的延时区段的中间值可被锁定为光脉冲的延时位置，以使得由光脉冲转换的电脉冲SIGNAL的上升沿与时钟CLOCK的下降沿对齐，进而使得光脉冲与时钟CLOCK对齐。
应当理解，尽管图11和图12示出了通过自左向右地移动光脉冲而获取到的计数从有到无的采样分布（如图12所示的直线段L4）来对齐电脉冲SIGNAL的上升沿与时钟CLOCK的下降沿的示例，但是也可以以上述同样的方式，通过自右向左地移动光脉冲而获取到的计数从无到有的采样分布来对齐电脉冲SIGNAL的上升沿与时钟CLOCK的下降沿。
图13示出的是根据本发明的示例性实施例的用于对齐光脉冲的装置的示意性结构框图。
参照图13，根据本发明的示例性实施例的用于对齐光脉冲的装置至少可包括延时调节单元1301、时钟采样单元1302、计数统计单元1303和锁定对齐单元1304。
在一个示例中，延时调节单元1301可被配置为按照预定步长自左向右或自右向左地改变光源发出的光脉冲的延时位置；时钟采样单元1302可被配置为使用时钟的上升沿对由光脉冲转换的电脉冲的下降沿进行采样；计数统计单元1303可被配置为统计光脉冲在各个延时位置处的预定持续时间段内通过采样输出的计数，以获取计数随光脉冲的延时位置的采样分布；锁定对齐单元1304可被配置为将光脉冲的延时位置锁定至采样分布中的计数从无到有或从有到无的部分采样所在的延时区段的中间值，以通过使电脉冲的下降沿与时钟的上升沿对齐来使光脉冲与时钟对齐。
在另一示例中，延时调节单元1301可被配置为按照预定步长自左向右或自右向左地改变光源发出的光脉冲的延时位置；时钟采样单元1302可被配置为使用时钟的上升沿对由光脉冲转换的电脉冲的上升沿进行采样；计数统计单元1303可被配置为统计光脉冲在各个延时位置处的预定持续时间段内通过采样输出的计数，以获取计数随光脉冲的延时位置的采样分布；锁定对齐单元1304可被配置为将光脉冲的延时位置锁定至采样分布中的计数从无到有或从有到无的部分采样所在的延时区段的中间值，以通过使电脉冲的上升沿与时钟的上升沿对齐来使光脉冲与时钟对齐。
在另一示例中，延时调节单元1301可被配置为按照预定步长自左向右或自右向左地改变光源发出的光脉冲的延时位置；时钟采样单元1302可被配置为使用时钟的下降沿对由光脉冲转换的电脉冲的下降沿进行采样；计数统计单元1303可被配置为统计光脉冲在各个延时位置处的预定持续时间段内通过采样输出的计数，以获取计数随光脉冲的延时位置的采样分布；锁定对齐单元1304可被配置为将光脉冲的延时位置锁定至采样分布中的计数从无到有或从有到无的部分采样所在的延时区段的中间值，以通过使电脉冲的下降沿与时钟的下降沿对齐来使光脉冲与时钟对齐。
在另一示例中，延时调节单元1301可被配置为按照预定步长自左向右或自右向左地改变光源发出的光脉冲的延时位置；时钟采样单元1302可被配置为使用时钟的下降沿对由光脉冲转换的电脉冲的上升沿进行采样；计数统计单元1303可被配置为统计光脉冲在各个延时位置处的预定持续时间段内通过采样输出的计数，以获取计数随光脉冲的延时位置的采样分布；锁定对齐单元1304可被配置为将光脉冲的延时位置锁定至采样分布中的计数从无到有或从有到无的部分采样所在的延时区段的中间值，以通过使电脉冲的上升沿与时钟的下降沿对齐来使光脉冲与时钟对齐。
图14示出的是根据本发明的示例性实施例的包括多个光源的量子密钥分发系统的发射端。
参照图14，在图14示出的四路光源LD1、LD2、LD3和LD4中，光源LD1用于发射相位基光脉冲X0、光源LD2用于发射相位基光脉冲X1、光源LD3用于发射时间基光脉冲Z0、源LD4用于发射时间基光脉冲Z1。
在图14示出的发射端中，控制器可包括根据本发明的示例性实施例的用于对齐光脉冲的装置（如图13所示），以实现对各路光源LD1、LD2、LD3和LD4发出的编码光的对齐。具体实施时，延时调节单元1301可通过诸如，但不限于，延时器来调节各路光源输出的编码光的延时位置；时钟采样单元1302可通过采样电路（例如，但不限于，上升沿D触发器电路或下降沿D触发器电路）来对各路光源输出的编码光所转换的电脉冲的上升沿或下降沿进行采样；计数统计单元1303可通过计数器来统计各路光源输出的编码光在各个延时位置处通过采样输出的计数，以获取各路光源输出的编码光随着延时位置的采样分布；锁定对齐单元1304可通过诸如，但不限于，延时器将各路光源输出的编码光的延时位置锁定在采样分布中的从无到有或从有到无的部分采样所在的延时区段的中间值，以实现对各路光源输出的编码光与时钟之间的对齐，从而实现对各路光源输出的编码光在延时位置上的对齐。
图15示出的是使用图1所示的方法对齐图14所示的各路光源发出的编码光的示意图。
参照图15，第一行示出的是时钟CLOCK；第二行示出的是图14所示的光源LD1发出的与时钟CLOCK对齐之后的相位基光脉冲X0；第三行示出的是图14所示的光源LD2发出的与时钟CLOCK对齐之后的相位基光脉冲X1；第四行示出的是图14所示的光源LD3发出的与时钟CLOCK对齐之后的时间基光脉冲Z0；第五行示出的是图14所示的光源LD4发出的与时钟CLOCK对齐之后的时间基光脉冲Z1。
可以看出，通过使用图1所示的方法分别对齐相位基光脉冲X0与时钟CLOCK、相位基光脉冲X1与时钟CLOCK以及时间基光脉冲Z1与时钟CLOCK，相位基光脉冲X0可与相位基光脉冲X1对齐，时间基光脉冲Z1可与相位基光脉冲X0（或相位基光脉冲X1）的后脉冲对齐，由于时间基光脉冲Z0与时间基光脉冲Z1之间始终保持预定光程差，因此，在时间基光脉冲Z1在与相位基光脉冲X0（或相位基光脉冲X1）的后脉冲对齐之后，时间基光脉冲Z0可与相位基光脉冲X0（或相位基光脉冲X1）的前脉冲对齐，从而实现对来自不同光源制备的编码光的对齐。
根据本发明的示例性实施例的用于对齐光脉冲的方法和装置能够在不使用示波器的情况下实现对来自不同光源制备的光脉冲的自动对齐和合束，这为量子密钥的产生提供了安全保障。
此外，根据本发明的示例性实施例还可提供一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质。该计算机可读存储介质存储有当被处理器执行时使得处理器执行根据本发明的示例性实施例的用于对齐光脉冲的方法的计算机程序。该计算机可读记录介质是可存储由计算机系统读出的数据的任意数据存储装置。计算机可读记录介质的示例包括：只读存储器、随机存取存储器、只读光盘、磁带、软盘、光数据存储装置和载波（诸如经有线或无线传输路径通过互联网的数据传输）。
此外，根据本发明的示例性实施例还可提供一种计算设备。该计算设备包括处理器和存储器。存储器用于存储计算机程序。所述计算机程序被处理器执行使得处理器执行根据本发明的示例性实施例的用于对齐光脉冲的方法的计算机程序。
尽管已参照优选实施例表示和描述了本申请，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本申请的精神和范围的情况下，可以对这些实施例进行各种修改和变换。

Claims (16)

1.一种用于对齐光脉冲的方法，其特征在于，所述方法包括：
按照预定步长自左向右或自右向左地改变光源发出的光脉冲的延时位置；
使用时钟的上升沿对由所述光脉冲转换的电脉冲的下降沿进行采样；
统计所述光脉冲在各个延时位置处的预定持续时间段内通过所述采样输出的计数，以获取所述计数随所述光脉冲的延时位置的采样分布；
将所述光脉冲的延时位置锁定至所述采样分布中的所述计数从无到有或从有到无的部分采样所在的延时区段的中间值，以通过使所述电脉冲的下降沿与所述时钟的上升沿对齐来使所述光脉冲与所述时钟对齐。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述部分采样被拟合为一条斜率陡峭的直线段。
3.一种用于对齐光脉冲的方法，其特征在于，所述方法包括：
按照预定步长自左向右或自右向左地改变光源发出的光脉冲的延时位置；
使用时钟的上升沿对由所述光脉冲转换的电脉冲的上升沿进行采样；
统计所述光脉冲在各个延时位置处的预定持续时间段内通过所述采样输出的计数，以获取所述计数随所述光脉冲的延时位置的采样分布；
将所述光脉冲的延时位置锁定至所述采样分布中的所述计数从无到有或从有到无的部分采样所在的延时区段的中间值，以通过使所述电脉冲的上升沿与所述时钟的上升沿对齐来使所述光脉冲与所述时钟对齐。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述部分采样被拟合为一条斜率陡峭的直线段。
5.一种用于对齐光脉冲的方法，其特征在于，所述方法包括：
按照预定步长自左向右或自右向左地改变光源发出的光脉冲的延时位置；
使用时钟的下降沿对由所述光脉冲转换的电脉冲的下降沿进行采样；
统计所述光脉冲在各个延时位置处的预定持续时间段内通过所述采样输出的计数，以获取所述计数随所述光脉冲的延时位置的采样分布；
将所述光脉冲的延时位置锁定至所述采样分布中的所述计数从无到有或从有到无的部分采样所在的延时区段的中间值，以通过使所述电脉冲的下降沿与所述时钟的下降沿对齐来使所述光脉冲与所述时钟对齐。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述部分采样被拟合为一条斜率陡峭的直线段。
7.一种用于对齐光脉冲的方法，其特征在于，所述方法包括：
按照预定步长自左向右或自右向左地改变光源发出的光脉冲的延时位置；
使用时钟的下降沿对由所述光脉冲转换的电脉冲的上升沿进行采样；
统计所述光脉冲在各个延时位置处的预定持续时间段内通过所述采样输出的计数，以获取所述计数随所述光脉冲的延时位置的采样分布；
将所述光脉冲的延时位置锁定至所述采样分布中的所述计数从无到有或从有到无的部分采样所在的延时区段的中间值，以通过使所述电脉冲的上升沿与所述时钟的下降沿对齐来使所述光脉冲与所述时钟对齐。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述部分采样被拟合为一条斜率陡峭的直线段。
9.一种用于对齐光脉冲的装置，其特征在于，所述装置包括：
延时调节单元，被配置为按照预定步长自左向右或自右向左地改变光源发出的光脉冲的延时位置；
时钟采样单元，被配置为使用时钟的上升沿对由所述光脉冲转换的电脉冲的下降沿进行采样；
计数统计单元，被配置为统计所述光脉冲在各个延时位置处的预定持续时间段内通过所述采样输出的计数，以获取所述计数随所述光脉冲的延时位置的采样分布；
锁定对齐单元，被配置为将所述光脉冲的延时位置锁定至所述采样分布中的所述计数从无到有或从有到无的部分采样所在的延时区段的中间值，以通过使所述电脉冲的下降沿与所述时钟的上升沿对齐来使所述光脉冲与所述时钟对齐。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述部分采样被拟合为一条斜率陡峭的直线段。
11.一种用于对齐光脉冲的装置，其特征在于，所述装置包括：
延时调节单元，被配置为按照预定步长自左向右或自右向左地改变光源发出的光脉冲的延时位置；
时钟采样单元，被配置为使用时钟的上升沿对由所述光脉冲转换的电脉冲的上升沿进行采样；
计数统计单元，被配置为统计所述光脉冲在各个延时位置处的预定持续时间段内通过所述采样输出的计数，以获取所述计数随所述光脉冲的延时位置的采样分布；
锁定对齐单元，被配置为将所述光脉冲的延时位置锁定至所述采样分布中的所述计数从无到有或从有到无的部分采样所在的延时区段的中间值，以通过使所述电脉冲的上升沿与所述时钟的上升沿对齐来使所述光脉冲与所述时钟对齐。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述部分采样被拟合为一条斜率陡峭的直线段。
13.一种用于对齐光脉冲的装置，其特征在于，所述装置包括：
延时调节单元，被配置为按照预定步长自左向右或自右向左地改变光源发出的光脉冲的延时位置；
时钟采样单元，被配置为使用时钟的下降沿对由所述光脉冲转换的电脉冲的下降沿进行采样；
计数统计单元，被配置为统计所述光脉冲在各个延时位置处的预定持续时间段内通过所述采样输出的计数，以获取所述计数随所述光脉冲的延时位置的采样分布；
锁定对齐单元，被配置为将所述光脉冲的延时位置锁定至所述采样分布中的所述计数从无到有或从有到无的部分采样所在的延时区段的中间值，以通过使所述电脉冲的下降沿与所述时钟的下降沿对齐来使所述光脉冲与所述时钟对齐。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述部分采样被拟合为一条斜率陡峭的直线段。
15.一种用于对齐光脉冲的装置，其特征在于，所述装置包括：
延时调节单元，被配置为按照预定步长自左向右或自右向左地改变光源发出的光脉冲的延时位置；
时钟采样单元，被配置为使用时钟的下降沿对由所述光脉冲转换的电脉冲的上升沿进行采样；
计数统计单元，被配置为统计所述光脉冲在各个延时位置处的预定持续时间段内通过所述采样输出的计数，以获取所述计数随所述光脉冲的延时位置的采样分布；
锁定对齐单元，被配置为将所述光脉冲的延时位置锁定至所述采样分布中的所述计数从无到有或从有到无的部分采样所在的延时区段的中间值，以通过使所述电脉冲的上升沿与所述时钟的下降沿对齐来使所述光脉冲与所述时钟对齐。
16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述部分采样被拟合为一条斜率陡峭的直线段。
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