ES3052136T3

ES3052136T3 - Optical switching for quantum key distribution

Info

Publication number: ES3052136T3
Application number: ES22786399T
Authority: ES
Inventors: Alexander Koehler-Sidki; Ryan Parker; Omar Iqbal
Original assignee: Arqit Ltd
Current assignee: Arqit Ltd
Priority date: 2021-10-18
Filing date: 2022-09-28
Publication date: 2026-01-02
Anticipated expiration: 2042-09-28
Also published as: WO2023067298A1; GB2613330A; GB2613330B; EP4420270C0; EP4420270B1; EP4420270A1; GB202114868D0; US12615092B2; US20250233671A1

Abstract

Se proporciona un receptor (3), un método y un sistema (1) para la comunicación de señales ópticas, así como software para operar un sistema de distribución de claves cuánticas (QKD). El receptor (3) está configurado para recibir una señal óptica de un transmisor (2) en un sistema de comunicación óptica. El receptor (3) comprende: al menos una primera (36a) y una segunda (36b) unidad de detección de señales para detectar eventos de detección asociados con fotones individuales; al menos un interruptor óptico (12) configurado para alternar entre la activación de al menos una primera y una segunda posición del interruptor, configurada la primera para dirigir la señal óptica recibida a la primera unidad de detección de señales (36a) y la segunda para dirigir la señal óptica recibida a la segunda unidad de detección de señales (36b), de modo que la primera (36a) y la segunda (36b) unidad de detección de señales se correspondan con la primera y la segunda posición del interruptor, respectivamente. un etiquetador de tiempo de detección (40) configurado para etiquetar los eventos de detección en las unidades de detección de señal primera (36a) y segunda (36b) de acuerdo con el tiempo, la posición del interruptor y la unidad de detección de señal, introduciendo así una correlación entre un período de tiempo en el que se registra un evento de detección, la posición del interruptor y la unidad de detección de señal; y un módulo de recuperación de tiempo (42) conectado al etiquetador de tiempo de detección (40), donde el módulo de recuperación de tiempo (42) está configurado para: usar la correlación para verificar si un evento de detección ha sido etiquetado en el período de tiempo correcto o no, y, si se encuentra que un evento de detección está etiquetado en el período de tiempo incorrecto, reasignar el evento de detección al período de tiempo correcto. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN

[0002] Conmutación óptica para distribución de clave cuántica

[0003] Campo técnico

[0004] La presente solicitud se refiere a un método, sistema y software para operar un sistema de distribución de clave cuántica (QKD).

[0005] Antecedentes

[0006] La criptografía se usa para proteger comunicaciones y transacciones todos los días, incluyendo comunicaciones gubernamentales ultra seguras y seguridad de Seguridad de Capa de Transporte (TLS) para compras y banca en línea, por ejemplo. Estas transacciones se basan en medios fiables y seguros para que al menos dos o más partes que realizan la transacción compartan una clave secreta, posibilitando el cifrado de datos por una parte y el descifrado posterior por otras partes.

[0007] Se espera que cuando estén disponibles ordenadores cuánticos universales (QC) comercialmente utilizables, serán vulnerables una diversidad de tipos de transacciones, tareas y aplicaciones que incluyen procesos de distribución de claves convencionales. Los QC pueden descifrar potencialmente muchos códigos criptográficos clásicos casi sin esfuerzo. Los procesos de distribución de claves convencionales no son seguros cuánticamente por su naturaleza de operación, ya que están expuestos a compromiso tanto electrónico cuántico como físico.

[0008] Se ha propuesto usar distribución de clave cuántica (QKD) para permitir que dos partes distantes compartan una clave de una manera teóricamente segura de la información que está garantizada por las leyes de la física. Se ha llevado a cabo un progreso significativo en los últimos años en la implementación de esto a través de fibra. Sin embargo, la pérdida experimentada a través de enlaces terrestres limita severamente la distancia alcanzable. Al utilizar la pérdida insignificante experimentada por los fotones que viajan a través de la mayor parte de la atmósfera, la QKD basada en satélites puede superar estas limitaciones y habilitar la QKD intercontinental.

[0009] Los fotodiodos de avalancha de fotón único (SPAD) son a menudo el detector de elección para QKD debido a su asequibilidad, tamaño pequeño y capacidad para operar a temperaturas fácilmente alcanzables mediante enfriamiento termoeléctrico (o temperatura ambiente). Sin embargo, existen problemas en el uso de SPAD a altas tasas de repetición de QKD debido a que los SPAD sufren resolución/fluctuación de temporización finita, que también se manifiesta en 'colas' de respuesta de detector largas. La mala resolución de temporización de los SPAD generalmente impide la operación a altas tasas de repetición de QKD debido a la probabilidad aumentada de que se registren eventos de detección en tiempos incorrectos, contribuyendo de este modo a tasas de error grandes impracticables.

[0010] Las realizaciones descritas a continuación no se limitan a implementaciones que resuelven cualquiera o todos los problemas de los enfoques conocidos descritos anteriormente.

[0011] documento WO 2014/183158 A1 divulga un método y un sistema para generar una clave de cifrado segura. Se recibe una secuencia de fotones y se selecciona un conjunto de filtros para cada fotón de la secuencia de fotones. Una trayectoria óptica tiene ramificaciones para cada fotón y cada ramificación tiene uno de los filtros del conjunto de filtros seleccionado. El método determina cuál de los filtros del conjunto de filtros seleccionado pasó cada fotón y registra un símbolo asociado con el filtro así determinado. Un sistema recibe otra secuencia de fotones que son la otra mitad de la secuencia de pares de fotones. La información de secuencia de filtro recibida del sistema es indicativa de la secuencia en la que se usaron otros conjuntos de filtros por el sistema. La información de secuencia de filtro se compara con información indicativa de la secuencia para determinar cuál de los símbolos grabados descartar.

[0012] documento WO 2006/026004 A2 divulga sistemas y métodos para suprimir la detección no deseada de luz retrodispersada en un sistema de distribución de clave cuántica (QKD) bidireccional. El sistema incluye una primera estación QKD (Bob) que tiene fuentes láser que emiten luz a diferentes longitudes de onda, y dos o más unidades de detector de fotón único (SPD). En un sistema de QKD bidireccional, la luz retrodispersada se genera típicamente en un enlace de fibra óptica (FL) que conecta la primera y segunda estaciones de QKD por los pulsos ópticos salientes relativamente fuertes. Para evitar que la luz retrodispersada interfiera con la detección de los pulsos ópticos devueltos desde la segunda estación de QKD a la primera, un controlador activa secuencialmente las diferentes fuentes de luz mientras activa secuencialmente pares de SPDS en las unidades SPD.

[0013] Sumario

[0014] El presente Sumario se proporciona para introducir de manera simplificada una selección de conceptos que se describen de manera pormenorizada más adelante en la Descripción Detallada.

[0015] De acuerdo con un primer aspecto, un receptor está configurado para recibir una señal óptica desde un transmisor en un sistema de comunicación óptica, comprendiendo el receptor: al menos una primera y una segunda unidad de detección de señal para detectar eventos de detección asociados con fotones individuales; al menos un conmutador óptico configurado para alternar entre acoplar al menos una primera posición de conmutador y una segunda posición de conmutador, estando dispuesta la primera posición de conmutador para dirigir una señal óptica recibida a la primera unidad de detección de señal y estando dispuesta la segunda posición de conmutador para dirigir una señal óptica recibida a la segunda unidad de detección de señal, de manera que la primera y segunda unidades de detección de señal corresponden a la primera y segunda posiciones de conmutador respectivamente; un etiquetador de tiempo de detección configurado para etiquetar los eventos de detección en la primera y segunda unidades de detección de señal de acuerdo con el tiempo, la posición del conmutador y la unidad de detección de señal, introduciendo de este modo una correlación entre un período de tiempo en el que se registra un evento de detección, la posición del conmutador, y la unidad de detección de señales; y un módulo de recuperación de temporización conectado al etiquetador de tiempo de detección, en donde el módulo de recuperación de temporización está configurado para: usar la correlación para verificar si un evento de detección se ha etiquetado o no en el período de tiempo correcto y, si se encuentra que un evento de detección etiquetarse en el período de tiempo incorrecto, reasignar el evento de detección al período de tiempo correcto.

[0016] Preferiblemente, el módulo de recuperación de temporización está configurado para reasignar el evento de detección al período de tiempo correcto cuando: la posición de conmutador etiquetada para el evento de detección es la primera posición de conmutador, y la unidad de detección de señal para el evento de detección es la segunda detección de señal unidad; o cuando la posición de conmutador etiquetada para el evento de detección es la segunda posición de conmutador, y la unidad de detección de señal etiquetada para el evento de detección es la primera unidad de detección de señal.

[0017] Preferentemente, el periodo de tiempo corresponde a un intervalo de tiempo, en el que el módulo de recuperación de temporización está configurado para reasignar el evento de detección, hallado que está etiquetado en el periodo de tiempo incorrecto, reasignando el evento de detección a un intervalo de tiempo anterior.

[0018] Preferiblemente, el etiquetador de tiempo de detección está configurado adicionalmente para etiquetar cada evento de detección de los eventos de detección con la codificación de fotones asociados con cada evento de detección respectivo.

[0019] Preferiblemente, el receptor comprende además al menos un primer y segundo sistema de decodificación óptica, en donde el al menos un conmutador óptico está configurado para: dirigir, cuando el conmutador óptico está acoplado en la primera posición de conmutador, la señal óptica recibida a través de la primera decodificación óptica sistema para producir una primera señal óptica decodificada; y dirigir la primera señal óptica decodificada a la primera unidad de detección de señales para detectar eventos de detección; y cuando el conmutador óptico está acoplado en la segunda posición de conmutador, dirigir la señal óptica recibida a través de un segundo sistema de decodificación óptica para producir una segunda señal óptica decodificada; y dirigir la segunda señal óptica decodificada a la segunda unidad de detección de señales para detectar eventos de detección.

[0020] Preferiblemente, el al menos un conmutador óptico está configurado para alternar entre acoplar al menos la primera posición de conmutador y la segunda posición de conmutador a una tasa igual a una tasa de repetición de la óptica recibida, de modo que la alternancia del al menos un conmutador óptico entre la primera y segunda posiciones de conmutador están sincronizadas con la tasa de repetición de la señal óptica recibida.

[0021] Preferentemente, la tasa de repetición de la señal óptica recibida se calcula basándose en una tasa de repetición de una correspondiente señal óptica transmitida, transmitida desde un transmisor al receptor, ajustada de acuerdo con un factor de corrección de desplazamiento Doppler.

[0022] Preferentemente, el al menos un conmutador óptico está configurado para alternar independientemente de la longitud de onda y la codificación de fotones en la señal óptica recibida.

[0023] Preferentemente, el receptor comprende además un accionador para accionar el conmutador, de manera que la alternancia del al menos un conmutador óptico entre la primera y segunda posiciones de conmutador está sincronizada con la tasa de repetición de la señal óptica recibida que entra en el al menos un conmutador óptico. Preferiblemente, cada una de las unidades de detección de señal primera y segunda comprende una pluralidad de detectores de fotones individuales.

[0024] Preferiblemente, la primera y segunda unidades de detección de señal comprenden cada una cuatro detectores de fotones individuales.

[0025] Preferentemente, los detectores de fotones individuales son SPAD.

[0026] Preferiblemente, el receptor es un receptor basado en tierra.

[0027] Preferiblemente, el receptor comprende además una pluralidad de conmutadores ópticos, en donde cada uno de la pluralidad de conmutadores ópticos está configurado para alternar entre acoplar una primera posición de conmutador respectiva y una segunda posición de conmutador respectiva, y en donde cada uno de la pluralidad de conmutadores ópticos está asociado con una primera y segunda unidades de detección de señal respectivas que son independientes para cada conmutador óptico.

[0028] Preferiblemente, el al menos un conmutador óptico está configurado para alternar entre una pluralidad de posiciones de conmutador, estando asociada cada una de la pluralidad de posiciones de conmutador con una unidad de detección de señal respectiva de una pluralidad de unidades de detección de señal.

[0029] De acuerdo con un segundo aspecto, se proporciona un método de operación de un sistema de comunicación óptica, comprendiendo el método, en un receptor: recibir una señal óptica; alternar al menos un conmutador óptico entre acoplar al menos una primera posición de conmutador y una segunda posición de conmutador, dirigir, cuando el conmutador óptico se acopla en la primera posición de conmutador, la señal óptica recibida a una primera unidad de detección de señal; dirigir, cuando el conmutador óptico está acoplado en la segunda posición de conmutador, la señal óptica recibida a una segunda unidad de detección de señal, de manera que la primera y segunda unidades de detección de señal corresponden a la primera y segunda posiciones de conmutador respectivamente; detectar eventos de detección en la primera y segunda unidades de detección de señal; etiquetar los eventos de detección en la primera y segunda unidades de detección de señal de acuerdo con el tiempo, la posición del conmutador y la unidad de detección de señal, introduciendo de este modo una correlación entre un período de tiempo en el que se registra un evento de detección, la posición del conmutador y las unidades de detección de señal; y usar la correlación para verificar si un evento de detección se ha etiquetado o no en el período de tiempo correcto, y si se encuentra que un evento de detección se ha etiquetado en el período de tiempo incorrecto, reasignar el evento de detección al período de tiempo correcto.

[0030] Preferentemente, la reasignación del evento de detección al periodo de tiempo correcto se produce cuando: la posición de conmutador etiquetada para el evento de detección es la primera posición de conmutador, y la unidad de detección de señal para el evento de detección es la segunda unidad de detección de señal; o cuando la posición de conmutador etiquetada para el evento de detección es la segunda posición de conmutador, y la unidad de detección de señal etiquetada para el evento de detección es la primera unidad de detección de señal.

[0031] Preferiblemente, el periodo de tiempo corresponde a un intervalo de tiempo, y reasignar el evento de detección, que se encuentra que está etiquetado en el periodo de tiempo incorrecto, incluye reasignar el evento de detección a un intervalo de tiempo anterior.

[0032] Preferiblemente, el método se realiza en el receptor como se define en el primer aspecto anterior.

[0033] Preferiblemente, etiquetar eventos de detección comprende adicionalmente etiquetar eventos de detección con codificaciones de fotones asociados con los eventos de detección.

[0034] Preferiblemente, dirigir, cuando el conmutador óptico está acoplado en la primera posición de conmutador, la señal óptica recibida a una primera unidad de detección de señal comprende adicionalmente: dirigir la señal óptica recibida a través de un primer sistema de decodificación óptica para producir una primera señal óptica decodificada; y dirigir la primera señal óptica decodificada a la primera unidad de detección de señales para detectar eventos de detección; y en donde dirigir, cuando el conmutador óptico está acoplado en la segunda posición de conmutador, la señal óptica recibida a una segunda unidad de detección de señal comprende adicionalmente: dirigir la señal óptica recibida a través de un segundo sistema de decodificación óptica para producir una segunda señal óptica decodificada; y dirigir la segunda señal óptica decodificada a la segunda unidad de detección de señales para detectar eventos de detección.

[0035] Preferiblemente, alternar el al menos un conmutador óptico entre acoplar la al menos primera posición de conmutador y la segunda posición de conmutador se produce a una tasa igual a una tasa de repetición de la óptica recibida, de modo que la alternancia del al menos un conmutador óptico entre la primera y las segundas posiciones del conmutador se sincronizan con la tasa de repetición de la señal óptica recibida.

[0036] Preferiblemente, el método incluye adicionalmente calcular la tasa de repetición de la señal óptica recibida basándose en una tasa de repetición de una correspondiente señal óptica transmitida, transmitida desde un transmisor al receptor, ajustada de acuerdo con un factor de corrección de desplazamiento Doppler.

[0037] Preferiblemente, alternar el al menos un conmutador óptico es independiente de una longitud de onda y codificación de fotones en la señal óptica recibida.

[0038] De acuerdo con un tercer aspecto, se proporciona un sistema de comunicación óptica que comprende un transmisor y un receptor de acuerdo con el primer aspecto anterior.

[0039] Preferentemente, al menos uno del transmisor y el receptor está basado en tierra o al menos uno del transmisor y el receptor es un satélite.

[0040] De acuerdo con un cuarto aspecto, un medio legible por ordenador que comprende código o instrucciones informáticas almacenadas en el mismo, que cuando se ejecuta por un procesador, hace que el procesador realice el método de acuerdo con el segundo aspecto anterior.

[0041] Los métodos descritos en el presente documento pueden realizarse por software en forma legible por máquina en un medio de almacenamiento tangible, p. en forma de un programa informático que comprende medios de código de programa informático adaptados para realizar todas las etapas de cualquiera de los métodos descritos en el presente documento cuando el programa se ejecuta en un ordenador y donde el programa informático puede incorporarse en un medio legible por ordenador. Los ejemplos de medios de almacenamiento tangibles (o no transitorios) incluyen discos, unidades de memoria USB, tarjetas de memoria, etc. y no incluyen señales propagadas. El software puede ser adecuado para su ejecución en un procesador paralelo o un procesador en serie de manera que las etapas del método pueden llevarse a cabo en cualquier orden adecuado, o simultáneamente. Esta solicitud reconoce que el firmware y el software pueden ser productos valiosos comercializables por separado. Se pretende que abarque software, que se ejecuta en o controla hardware "tonto" o estándar, para llevar a cabo las funciones deseadas. También se pretende que abarque software que "describe" o define la configuración de hardware, tal como software de HDL (lenguaje de descripción de hardware), como se usa para diseñar chips de silicio, o para configurar chips programables universales, para llevar a cabo funciones deseadas.

[0042] Las características preferidas pueden combinarse según sea apropiado, como sería evidente para un experto en la materia, y pueden combinarse con cualquiera de los aspectos de la invención.

[0043] Breve descripción de los dibujos

[0044] Se describirán realizaciones de la invención, a modo de ejemplo, con referencia a los siguientes dibujos, en los que: La Figura 1 es un diagrama esquemático que ilustra un sistema de distribución de clave cuántica de satélite de acuerdo con una realización de la invención;

[0045] la figura 2 es un diagrama esquemático que ilustra un generador de pulsos para generar fotones individuales o pulsos coherentes débiles;

[0046] La Figura 3 es un diagrama esquemático que ilustra un receptor de QKD de acuerdo con una realización de la presente invención;

[0047] la Figura 4 es un gráfico que ilustra el etiquetado de eventos de detección de fotones individuales de acuerdo con una realización de la presente invención; y

[0048] La Figura 5 es un diagrama de flujo que ilustra el método implementado por el sistema de QKD de acuerdo con una realización de la presente invención.

[0049] Se usan números de referencia comunes a lo largo de las figuras para indicar características similares.

[0050] Descripción detallada

[0051] Las realizaciones de la presente invención se describen a continuación únicamente a modo de ejemplo. Estos ejemplos representan el mejor modo de poner en práctica la invención que el solicitante conoce actualmente, aunque no son las únicas formas en las que esto podría lograrse. La descripción expone las funciones del ejemplo y la secuencia de etapas para construir y hacer funcionar el ejemplo. Sin embargo, las mismas funciones y secuencias, o unas equivalentes, se pueden lograr mediante diferentes ejemplos.

[0052] La Figura 1 muestra una vista general esquemática de una parte de un sistema de comunicación óptica. En una realización, el sistema de comunicación óptica 1 es un sistema de Distribución de Clave Cuántica (QKD).

[0053] Como se muestra en la figura 1, un sistema de comunicación óptica basado en satélite 1 comprende un transmisor 2 ubicado en un satélite y un receptor 3 ubicado en tierra. Durante una sesión de comunicación, el transmisor 2 envía un haz cuántico 4 que comprende una serie de fotones individuales o pulsos láser débiles hacia el receptor 3 con una tasa de repetición particular. En el ejemplo ilustrado, el haz cuántico 4 comprende una serie de pulsos láser atenuados al nivel de fotón único. Cuando el receptor 3 detecta los pulsos láser, estos eventos de detección se marcan con una marca de tiempo por el receptor 3. El receptor 3 y el transmisor 2 realizan a continuación varias etapas de posprocesamiento. Sin embargo, esto requiere que las dos partes (por ejemplo, el transmisor 2 y el receptor 3) aseguren que están comparando los mismos bits correspondientes, de tal manera que la identificación (ID) de cada fotón en el receptor 3 coincide con el ID de fotón en el transmisor 2. Los ID de fotones son las etiquetas temporales para eventos de transmisión y detección de fotones.

[0054] Por lo tanto, para que el transmisor 2 y el receptor 3 realicen las etapas de posprocesamiento para convertir eventos de detección sin procesar en una clave segura, el transmisor 2 y el receptor 3 necesitan estar muy estrechamente sincronizados. Esto significa que el transmisor 2 y el receptor 3 deben poder hacer coincidir el evento de envío de un pulso láser en el transmisor 2 con el evento de detección del mismo pulso láser en el receptor 3. Esto requiere que los detectores del receptor 3 tengan una resolución de temporización suficientemente precisa para que puedan medir de manera consistente y correcta los eventos de detección en un intervalo de tiempo correspondiente al envío de pulsos láser por el transmisor 2.

[0055] Uno de los factores limitantes para lograr una alta tasa de repetición es la resolución del detector. En otras palabras, para un sistema de comunicación 1 que opera, por ejemplo, a 2 GHz, la incertidumbre en el tiempo de respuesta del detector, es decir, la incertidumbre en la diferencia de tiempo entre un fotón que incide en el detector y ese detector que registra un evento de detección, no debe ser superior a 500 ps, de modo que el evento de detección pueda coincidir con el evento de emisión de fotones correspondiente correcto en el transmisor, teniendo en cuenta el tiempo de vuelo, o tiempo de viaje, del fotón entre el transmisor 2 y el receptor 3 y el tiempo de respuesta esperado del detector. Los fotodiodos de avalancha de fotón único (SPAD) son a menudo el detector de elección para los sistemas de comunicaciones que usan fotones únicos (por ejemplo, QKD) debido a su asequibilidad, pequeña huella y capacidad para operar a temperaturas fácilmente alcanzables por enfriamiento termoeléctrico (o temperatura ambiente). Sin embargo, los SPAD sufren de resolución/fluctuación de temporización finita, que también se manifiesta en 'colas' de respuesta de detector largas. Los SPAD del estado de la técnica tienen diferencias de tiempo en el tiempo de respuesta que pueden extenderse durante un período relativamente largo, por ejemplo, varios intervalos de tiempo de 500 ps. Esta mala resolución de temporización puede dificultar que el receptor terrestre y el transmisor de satélite correlacionen de manera consistente los eventos enviados y detectados para un procesamiento posterior posterior.

[0056] Mejorar la resolución de temporización del detector es un problema no trivial y, a menudo, viene con la penalización de una eficiencia de detección reducida. Por lo tanto, es deseable reducir el impacto de la resolución de temporización del detector.

[0057] La presente divulgación proporciona medios para aumentar la resolución de temporización efectiva de los SPAD, permitiendo de este modo tasas de repetición más altas para el sistema de comunicación óptica, sin requerir avances de detector significativos o utilización de tecnología de detector costosa y compleja.

[0058] Se entenderá que en la práctica el sistema de comunicación óptica basado en satélite 1 tiene muchos elementos adicionales que no se muestran en la figura 1, y no se describirán en el presente documento. La figura 1 es simplemente un diagrama explicativo para ayudar a explicar el requisito para aumentar la tasa de repetición del enlace óptico entre el transmisor 2 y el receptor 3.

[0059] En la realización ilustrada, el transmisor 2 es un satélite y el receptor 3 es un receptor terrestre óptico (OGR) en una estación terrestre. Sin embargo, debe entenderse que el transmisor 2 y el receptor 3 pueden basarse cada uno de manera terrestre, como parte de un sistema de comunicación terrestre, o pueden estar ambos ubicados en satélites. De manera similar, el transmisor 2 puede tener una base terrestre y el receptor 3 puede ser un satélite. En la realización ilustrada, el haz cuántico 4 viaja a través del espacio libre entre el transmisor 2 y el receptor 3. En otros ejemplos, el haz cuántico puede viajar a través de fibra o fibras ópticas entre el transmisor y el receptor.

[0060] Una visión general de la presente divulgación es que el receptor 3 use uno o más conmutadores ópticos, en combinación con sistemas o cadenas de detección de fotones paralelos, para mejorar la resolución de temporización del sistema de detección global. Se introduce una correlación entre las instancias de conmutación del conmutador óptico y el período de tiempo, tal como un intervalo de tiempo, del evento de detección, que puede usarse para correlacionar los eventos de emisión y detección de fotones, por ejemplo, reasignando eventos de detección de fotones al período de tiempo/binario de tiempo correcto.

[0061] En la figura 2, el transmisor 2 comprende un generador de pulsos 6, que produce una serie de pulsos láser débiles a una longitud de onda particular para formar el haz cuántico 4. El generador de pulsos ópticos 6 comprende una fuente de fotones débiles (FPS) 8 controlada por la electrónica de FPS 10. En el ejemplo ilustrado, el FPS 8 genera pulsos láser débiles, que se atenúan a eventos de nivel de fotón único para formar el haz cuántico 4 adecuado para su uso en, por ejemplo, protocolos de QKD. En algunos otros ejemplos, el FPS 8 puede reemplazarse con una única fuente de fotones. En el ejemplo ilustrado, el sistema de QKD 1 opera usando el protocolo de codificación de polarización BB84. Sin embargo, puede apreciarse que pueden emplearse otros protocolos de QKD, tales como aquellos que usan codificación de intervalo de tiempo o fase.

[0062] La Figura 3 muestra un receptor 3 del sistema de QKD 1 de acuerdo con una realización de la presente invención. El receptor 3 recibe un haz cuántico 4 desde un FPS 8 ubicado en un transmisor, que puede ser un transmisor de satélite (no mostrado en la figura 3). El haz cuántico 4 se dirige a un conmutador óptico 12, que encamina los fotones del haz cuántico 4 a sistemas ópticos de decodificación separados y paralelos 32a y 32b independientemente de la longitud de onda o polarización, como se muestra. El interruptor 12 está conectado a un accionador 21, que acciona el interruptor 12 a una tasa de repetición deseada. Un ejemplo de un conmutador de alta velocidad que puede usarse en la presente solicitud se proporciona en el documento de A. ALARCON et al [1]. Para resumir, un conmutador de este tipo funciona según un principio que se basa en un interferómetro de Sagnac que aloja un interferómetro de Mach-Zehnder. La luz entrante de una polarización arbitraria entra en el interferómetro de Sagnac y se divide por un divisor de haz para producir dos haces ópticos |A> y |B>. El Mach-Zehnder descompone cada haz |A> y |B> en componentes de polarización ortogonales, donde uno de los componentes de polarización se gira 90° con respecto al otro (girado usando una placa de media onda). El Mach-Zehnder aloja dos moduladores de fase ópticos, de manera que los componentes ortogonales |A> y |B> pasan a través de moduladores de fase separados, antes de combinarse de nuevo en una salida del interferómetro de Mach-Zehnder. La tensión aplicada a los moduladores de fase gobierna a través de qué puerto (del conmutador óptico 12) emergen los haces combinados. Sin embargo, también pueden usarse otros tipos adecuados de conmutador óptico de alta velocidad.

[0063] En la realización ilustrada, el conmutador 12 tiene dos puertos de salida 14, 16. Los dos puertos de salida 14, 16 representan una primera y segunda posición de conmutador respectivamente, por lo que el conmutador 12 está configurado para conmutar entre acoplar la primera posición de conmutador y la segunda posición de conmutador. El controlador 21 sincroniza la conmutación del conmutador 12 a la tasa de repetición del haz cuántico 4, de modo que el conmutador 12 enruta fotones consecutivos del haz cuántico 4 a diferentes trayectorias ópticas para producir dos haces de salida 28, 30 desde los puertos de salida 14 y 16, como se muestra. En particular, cualquier reloj o señal de reloj (no mostrada) que acciona el conmutador 12 debe coincidir con la tasa de repetición del haz cuántico 4 que entra en el conmutador 12. La tasa de repetición puede ser la tasa de emisión de fotones corregida para cualquier desplazamiento Doppler en el receptor 3, como se explica a continuación. En el ejemplo mostrado en la figura 3, la tasa de repetición del conmutador está configurada para estar a 2 GHz para coincidir con la tasa de repetición del haz cuántico 4. Esto da como resultado dos haces de salida 28, 30 que tienen cada uno la mitad de la tasa de repetición del haz cuántico original 4. Los dos haces de salida 28, 30 se dirigen a los respectivos de dos sistemas ópticos de decodificación diferentes 32a y 32b, como se muestra.

[0065] Además, tomando el satélite QKD como ejemplo, la tasa de repetición del haz cuántico 4 recibido en el transmisor generalmente cambia en relación con la tasa de repetición del haz cuántico 4 transmitido en el transmisor debido al desplazamiento Doppler a medida que el satélite se mueve, por lo tanto, la tasa de conmutación también debe cambiarse para coincidir con este cambio y corresponder a la tasa de repetición del haz cuántico recibido en el receptor. En este caso, el cambio en la tasa de repetición entre la fuente y el receptor 3 puede recuperarse de un láser de sincronización especializado o de los propios fotones detectados, por ejemplo, como se describe en la solicitud de patente en trámite junto con la presente de los solicitantes GB2104318.7. Esto se puede usar para proporcionar corrección de control de avance de alimentación para cambios en la tasa de repetición.

[0067] En una realización alternativa, el conmutador 12 puede comprender N puertos de salida para producir N haces de salida en lugar de dos, cada uno dirigido a un sistema óptico de decodificación 32 separado, por lo que la tasa de repetición de cada haz de salida es 1/N la tasa de repetición del haz cuántico 4. En este caso, el receptor 3 necesitará acomodar N sistemas ópticos de decodificación 32, de manera que cada haz de salida se dirija a un sistema de decodificación 32 separado. En otras palabras, el interruptor 12 puede acoplarse a una pluralidad de N posiciones de interruptor. Como alternativa o adicionalmente, múltiples conmutadores 12 pueden conectarse en cascada uno tras otro para formar una red de conmutadores. Cada uno de estos conmutadores puede comprender una pluralidad de puertos de salida. En esta configuración, cada haz de salida producido desde un puerto de salida de un conmutador anterior se dirige a un puerto de entrada de un conmutador delante del mismo, de tal manera que se logra una reducción adicional en la tasa de repetición del haz cuántico 4 original. En tales realizaciones, la red de conmutadores puede comprender M puertos de salida para producir M haces de salida en lugar de dos, cada uno dirigido a un sistema óptico de decodificación 32 separado, por lo que la tasa de repetición de cada haz de salida es 1/M la tasa de repetición del haz cuántico haz 4. En este caso, el receptor 3 necesitará acomodar M sistemas ópticos de decodificación 32, de manera que cada haz de salida se dirija a un sistema de decodificación 32 separado.

[0069] En el ejemplo ilustrado de la figura 3, cada sistema óptico de decodificación 32a y 32b está dispuesto para decodificar los haces cuánticos 28, 30 de acuerdo con el protocolo de codificación de polarización BB84, y por lo tanto cada sistema óptico de decodificación 32a y 32b es un analizador de polarización. En el protocolo de codificación de polarización BB84, los fotones asumen uno de cuatro estados de polarización lineal: H, V, A y D. Cada sistema óptico de decodificación 32a y 32b comprende un divisor de haz no polarizante 33, dos divisores de haz polarizantes 35 y una placa de media onda 37 dispuesta para proporcionar fotones que tienen respectivos de los cuatro estados de polarización lineal: H, V, A y D como salidas a las respectivas de cuatro unidades detectoras de fotones individuales 38. El primer divisor de haz 33 de cada sistema óptico de decodificación 32 no es polarizante y, por lo tanto, selecciona aleatoriamente una base de medición de cada fotón (es decir, ya sea una base H/V o A/D). Los siguientes dos divisores de haz de polarización 35 son polarizantes y, por lo tanto, separan los fotones de acuerdo con su polarización. Uno de los brazos de cada sistema óptico de decodificación 32 también comprende una placa de media onda 37 entre el divisor de haz 33 y uno de los divisores de haz de polarización 35, que rota el plano de polarización de tal manera que el divisor de haz de polarización 35 correspondiente puede separar correctamente los fotones de acuerdo con su polarización.

[0070] Cada sistema óptico de decodificación 32a y 32b dirige a continuación fotones a respectivas unidades de detección de fotón único separadas 36a y 36b. Cada unidad de detección de fotones individual 36a y 36b comprende una pluralidad de detectores de fotones de señal 38. En la realización mostrada en la figura 3, cada unidad de detección de fotones individuales 36 comprende cuatro detectores de fotones individuales 38, que se requieren para decodificar los fotones de acuerdo con el protocolo de codificación de polarización BB84. Sin embargo, puede apreciarse que en otros ejemplos pueden usarse diferentes números de detectores de fotones individuales 38, dependiendo de cómo se codifican los fotones entrantes. Por lo tanto, un fotón correspondiente a una primera posición de conmutador será dirigido por el conmutador 12 a la unidad de detección 36a (a través del puerto 14). De manera similar, un fotón correspondiente a una segunda posición de conmutador será dirigido por el conmutador 12 a la unidad de detección 36b (a través del puerto 16). De esta manera, la posición del conmutador se correlaciona con la unidad de detección de fotón único 36 apropiada.

[0072] Con la configuración mostrada en la figura 3, los periodos de intervalo de tiempo efectivos del sistema 1 se duplican. El motivo de esto es el siguiente. Considérese una situación en la que solo se usa una única unidad de detección 36 (por ejemplo, solo se usa 36a), y sin conmutadores ópticos. En esta configuración, existe la posibilidad de que se registren dos eventos de detección de fotones en el mismo periodo de tiempo (por dos detectores 38 separados), como resultado de la limitación puesta por la resolución de temporización de los detectores 38. En este caso, no sería posible decir qué evento de detección de fotones pertenece a qué período de tiempo, introduciendo así un error en el sistema 1. Por ejemplo, si los fotones se emiten a 2 GHz (nominalmente cada 500 ps), entonces si uno de los detectores 38 registra un evento de detección, digamos, 700 ps después de recibir el fotón (y el otro detector 38 registra un evento dentro de 500 ps después de que los fotones golpeen el detector 38), entonces ambos eventos de detección se registrarán en el mismo período de tiempo. En este caso, no estará claro qué evento de detección corresponde al fotón emitido más recientemente, y qué evento de detección corresponde al fotón emitido antes de eso.

[0074] Al usar dos unidades de detección 36a y 36b, se introduce una correlación entre la posición del conmutador y las unidades de detección 36a y 36b, y así incluso si se registran dos eventos de detección en el mismo período de tiempo pero en diferentes unidades de detección 36, el posprocesamiento posterior es capaz de reasignar el evento de detección (registrado en el periodo de tiempo incorrecto) al periodo de tiempo correcto usando esta correlación, como se describirá a continuación.

[0076] Adicionalmente, la disposición mostrada en la figura 3 elimina la posibilidad de que dos fotones consecutivos (que tienen la misma polarización) golpeen el mismo detector 38 (ubicado en la misma unidad de detección 36a o 36b), lo que podría dar como resultado que se registre únicamente un único evento de detección.

[0078] Las salidas de cada detector de fotones individuales 38 se proporcionan a un etiquetador de tiempo de detector 40, que está conectado al ordenador de recuperación de temporización 42. En la realización mostrada en la figura 3, el receptor 3 comprende únicamente un único etiquetador de tiempo 40. Sin embargo, el receptor 3 también puede acomodar múltiples etiquetadores de tiempo 40, uno para cada única unidad de detección de fotones 38, y en los que todos comparten el mismo reloj local.

[0080] En la realización mostrada en la figura 3, el marcador de tiempo 40 tiene ocho canales, que corresponden al total de ocho detectores de fotones individuales 38 del receptor 3. Como se ha mencionado anteriormente, cada unidad de detección 36 tiene cuatro detectores de fotones individuales 38. Esto es para detectar fotones con polarizaciones H, V, A, D por separado en cada unidad de detección 38, de manera que las polarizaciones H, V, A, D se identifican por separado en el etiquetador de tiempo 40.

[0082] Cada canal del etiquetador de tiempo 40 marca el tiempo de los eventos de recepción de fotón único detectados por los detectores de fotón único 38 usando una señal de reloj de un reloj local del receptor 3 (no mostrado). Adicionalmente, el etiquetador de tiempo 40 también etiqueta cada evento de detección de acuerdo con la codificación de fotones (por ejemplo, de acuerdo con la polarización), así como en qué unidad de detección 36 se registra el evento (en el ejemplo mostrado en la figura 3, este podría ser la unidad de detección D1 o D2). Esta información se comunica posteriormente a un ordenador de recuperación de temporización 42 a través de un enlace de comunicación 45. Simultáneamente, el accionador 21 también comunica la posición de conmutador del conmutador 12 en diferentes momentos al ordenador de recuperación de temporización 42 a través de un enlace de comunicación 41. El ordenador de recuperación de temporización 42 asigna a continuación la posición de conmutador a cada evento de detección.

[0084] La Figura 4 muestra un gráfico de cómo se etiquetan los eventos de recepción de fotón único y se registra un intervalo de tiempo correcto usando el ordenador de recuperación de temporización 42. La primera fila 43 del gráfico indica el intervalo de tiempo que está relacionado con la tasa de repetición del sistema. Para un sistema de 2 GHz, por ejemplo, los binarios tienen una anchura de 500 ps. La segunda fila 44 indica la posición del conmutador (es decir, la posición 1 o 2). Por ejemplo, la posición de conmutador 1 produce el haz de salida 28 a una unidad de detección D1, y la posición de conmutador 2 produce el haz de salida 30 a una unidad de detección D2. Las filas posteriores en la figura 4 indican en qué unidad de detección de fotones individuales 36 se registra el evento de detección de fotones (es decir, D1 o D2), y la polarización de fotones (H, V, A o D).

[0085] Las estrellas 46 indican cuándo ha tenido lugar una detección. Por ejemplo, en el intervalo de tiempo 1, el receptor registra una recepción de fotones correspondiente a la posición de conmutador 1 y con polarización H en la unidad de detección D1. La posición del conmutador, la unidad de detección (D1 o D2) y la información de polarización de fotones se comunican al ordenador de recuperación de temporización 42, que etiqueta el evento de detección de fotones con el intervalo de tiempo 1, D1 y H. Asimismo, en el intervalo de tiempo 2, el receptor 3 registra una recepción de fotones correspondiente a la posición de conmutador 2, y la polarización A, en la unidad de detección D2, por lo tanto, el ordenador de recuperación de temporización 42 etiqueta este evento de detección de fotones con el intervalo de tiempo 2, D2 y A.

[0087] En el intervalo de tiempo 4, el receptor registra una recepción de fotones correspondiente a la posición de conmutador 2 y con polarización V en la unidad de detección D1. La posición del conmutador, la unidad de detección y la información de polarización de fotones se comunican al ordenador de recuperación de temporización 42. El ordenador de recuperación de temporización 42 es consciente de que la combinación indicada del intervalo de tiempo 4 y la unidad de detección D1 no es posible porque el conmutador está en la posición 2 durante el intervalo de tiempo 4, de modo que los fotones solo pueden recibirse por la unidad de detección D2, y no por la detección unidad D1, durante el intervalo de tiempo 4. Por consiguiente, este evento de recepción de fotones debe haber tenido lugar durante el intervalo de tiempo anterior 3 cuando el conmutador estaba en la posición 1 para que los fotones pudieran recibirse por la unidad de detección D1. Por consiguiente, el ordenador de recuperación de temporización corrige el intervalo de tiempo indicado y etiqueta el evento de detección de fotones con el intervalo de tiempo 3, D1 y V.

[0089] De manera similar, el ordenador de recuperación de temporización 42 etiqueta un evento de detección de fotones adicional con el intervalo de tiempo 6, D2 y H, y corrige el evento de detección de fotones final registrado en el intervalo de tiempo 8, y lo etiqueta con el intervalo de tiempo 7, D1 y A.

[0091] Por lo tanto, la clave de esta invención es usar una correlación introducida entre el intervalo de tiempo, la posición de conmutación y las unidades de detección D1 y D2 (véase la figura 3), para reasignar con precisión eventos de detección de fotones al intervalo de tiempo correcto, en caso de que un evento se registre en un intervalo de tiempo incorrecto. Por ejemplo, para el intervalo de tiempo 4, se registra un evento de detección de fotones que corresponde a la posición de conmutador 2 (y que tiene polarización V), pero se etiqueta con la unidad de detección D1, en lugar de D2. Esto indica que el fotón de hecho llegó en el intervalo de tiempo 3, cuando el conmutador 12 estaba en la posición 1, pero debido a la resolución de temporización del detector 38 se registró incorrectamente en el intervalo de tiempo 4. Adicionalmente, como con los sistemas existentes, si, después de la reasignación, dos detectores 28 reciben fotones al mismo tiempo (en el mismo intervalo de tiempo), se elige aleatoriamente un evento de recepción de fotones para su uso y se descarta el otro.

[0093] Por lo tanto, el período de tiempo efectivo en el que un evento de recepción de fotones registrado puede correlacionarse o adaptarse inequívocamente a una emisión de fotones específica se duplica de, por ejemplo, 500 ps (que es la resolución de temporización intrínseca de los detectores 38) a 1000 ps por usando un conmutador de dos puertos 12, mejorando la resolución de temporización del receptor. Esto puede considerarse como duplicar la duración de los intervalos de tiempo usados en el receptor. Como se ha mencionado anteriormente, pueden usarse múltiples conmutadores de una manera en cascada, comprendiendo cada uno de los cuales múltiples puertos de salida. Esto producirá una pluralidad de haces de salida, requiriendo cada uno su propia unidad de detección de fotones 36 para etiquetar los eventos de detección de fotones de los haces de salida. En un sistema de este tipo, la resolución de temporización efectiva del sistema QKD 1 se aumenta aún más, proporcional al número total de haces de salida como resultado de los conmutadores.

[0095] La Figura 5 muestra un diagrama de flujo del método implementado por el sistema de QKD 1 de acuerdo con una realización de la presente invención. En la etapa 50, el receptor 3 recibe un haz cuántico desde una fuente de fotones débiles 8 ubicada en un transmisor. En la etapa 52, el haz cuántico pasa a través de uno o más conmutadores ópticos (ubicados en el receptor 3), de manera que el haz cuántico se conmuta ópticamente para producir una pluralidad de haces de salida. Cada haz de salida se encamina a continuación a un sistema óptico de decodificación 36 separado, donde el sistema óptico de decodificación 36 selecciona aleatoriamente 54 una base de medición de cada fotón (por ejemplo, H/V o A/D). Los fotones de cada haz de salida se separan 56 de acuerdo con su codificación/polarización por dos divisores de haz de polarización 35 de cada sistema óptico de decodificación 36, y se encaminan a detectores de fotones individuales 38 separados. Los detectores de fotones individuales 38 registran entonces 58 cada evento de detección de fotones, y el etiquetador de tiempo 40 etiqueta 60 cada evento de acuerdo con el tiempo (intervalo de tiempo), la codificación y la unidad de detección (por ejemplo, D1 o D2), y esta información se comunica 62 al ordenador de recuperación de temporización 42. Simultáneamente, la posición de conmutador también se comunica 62 por el accionador 21 al ordenador de recuperación de temporización 42, introduciendo así una correlación entre la posición de conmutador y el intervalo de tiempo. Usando esta correlación, si se encuentra que un evento está registrado en un intervalo de tiempo incorrecto basándose en la combinación de intervalo de tiempo, unidad de detección y posición de conmutador, el ordenador de recuperación de temporización 42 reasigna 64 el evento en el intervalo de tiempo correcto.

[0096] En las realizaciones descritas anteriormente, los pulsos débiles son eventos de un solo fotón. En otros ejemplos, estos pueden ser eventos de múltiples fotones.

[0097] En las realizaciones descritas anteriormente, los pulsos débiles son eventos de fotón único que comprenden una serie de pulsos láser atenuados al nivel de fotón único. En otros ejemplos, pueden usarse otros métodos para producir los pulsos débiles.

[0098] En las realizaciones descritas anteriormente, los tiempos se registran como intervalos de tiempo. En otros ejemplos, se pueden usar diferentes períodos de tiempo.

[0099] En las realizaciones descritas anteriormente, el sistema comprende un único receptor de tierra óptico (receptor). El sistema puede comprender cualquier número de receptores.

[0100] En las realizaciones descritas anteriormente, el sistema comprende un único satélite. El sistema puede comprender cualquier número de satélites.

[0101] En las realizaciones descritas anteriormente, cada uno del transmisor y el receptor incluye un único espejo dicroico para combinar y separar los diferentes haces ópticos. En otros ejemplos, pueden usarse diferentes disposiciones de combinación o separación de haces.

[0102] En las realizaciones descritas anteriormente, se usan longitudes de onda de láser específicas y tasas de repetición de pulso. En otros ejemplos, pueden usarse diferentes longitudes de onda y/o tasas de repetición de pulso.

[0103] En las realizaciones descritas anteriormente, el sistema es un sistema de distribución de claves cuánticas. En otros ejemplos, podrían distribuirse/entregarse otros elementos criptográficos además de, o como una alternativa a, claves de cifrado. Ejemplos de tales otros elementos criptográficos incluyen testigos criptográficos, monedas criptográficas o transferencias de valor.

[0104] En las realizaciones descritas de la invención, partes del sistema pueden implementarse como una forma de un dispositivo informático y/o electrónico. Un dispositivo de este tipo puede comprender uno o más procesadores que pueden ser microprocesadores, controladores o cualquier otro tipo adecuado de procesadores para procesar instrucciones ejecutables por ordenador para controlar la operación del dispositivo para recopilar y registrar información de encaminamiento. En algunos ejemplos, por ejemplo cuando se usa un sistema en una arquitectura de chip, los procesadores pueden incluir uno o más bloques de función fijos (también denominados aceleradores) que implementan una parte del método en hardware (en lugar de software o firmware). El software de plataforma que comprende un sistema operativo o cualquier otro software de plataforma adecuado puede proporcionarse en el dispositivo basado en ordenador para posibilitar que el software de aplicación se ejecute en el dispositivo.

[0105] Diversas funciones descritas en el presente documento se pueden implementar en hardware, software o cualquier combinación de los mismos. Por ejemplo, el etiquetado de los eventos de recepción de fotones de acuerdo con el intervalo de tiempo 43 (es decir, usando el etiquetador de tiempo 40) y las etapas de posprocesamiento realizadas por el ordenador 42 se implementan todas en software. Si se implementan en software, las funciones se pueden almacenar en o transmitirse a través de una o más instrucciones o código en un medio legible por ordenador. Los medios legibles por ordenador pueden incluir, por ejemplo, medios de almacenamiento legibles por ordenador. Los medios de almacenamiento legibles por ordenador pueden incluir medios volátiles o no volátiles, extraíbles o no extraíbles implementados en cualquier método o tecnología para el almacenamiento de información tal como instrucciones legibles por ordenador, estructuras de datos, módulos de programa u otros datos. Un medio de almacenamiento legible por ordenador puede ser cualquier medio de almacenamiento disponible al que pueda acceder un ordenador. A modo de ejemplo, y sin limitación, tales medios de almacenamiento legibles por ordenador pueden comprender RAM, ROM, EEPROM, memoria flash u otros dispositivos de memoria, CD-ROM u otro almacenamiento de disco óptico, almacenamiento de disco magnético u otros dispositivos de almacenamiento magnético, o cualquier otro medio que puede usarse para transportar o almacenar el código de programa deseado en forma de instrucciones o estructuras de datos y al que puede acceder un ordenador. Disco y disco, como se usan en el presente documento, incluyen disco compacto (CD), disco láser, disco óptico, disco versátil digital (DVD), disco flexible y disco blu-ray (BD). Además, una señal propagada no está incluida dentro del alcance de los medios de almacenamiento legibles por ordenador. Los medios legibles por ordenador también incluyen medios de comunicación, incluyendo cualquier medio que facilite la transferencia de un programa informático de un lugar a otro. Una conexión, por ejemplo, puede ser un medio de comunicación. Por ejemplo, si el software se transmite desde un sitio web, servidor u otra fuente remota usando un cable coaxial, cable de fibra óptica, par trenzado, DSL o tecnologías inalámbricas tales como infrarrojos, radio y microondas se incluyen en la definición de comunicación medio. Las combinaciones de lo anterior también deberían incluirse dentro del alcance de los medios legibles por ordenador.

[0106] Como alternativa, o además, la funcionalidad descrita en el presente documento se puede realizar, al menos en parte, por uno o más componentes lógicos de hardware. Por ejemplo, y sin limitación, los componentes lógicos de hardware que se pueden usar pueden incluir matrices de puertas programables en campo (FPGA), circuitos integrados específicos de programa (ASIC), productos estándar específicos de programa (ASSP), sistema en un chip (SOC), dispositivos lógicos programables complejos (CPLD), etc.

[0107] Aunque se ilustra como un único sistema, debe entenderse que un sistema puede ser un sistema distribuido.

[0108] Se entenderá que los beneficios y ventajas descritos anteriormente se pueden referir a una realización o se pueden referir a varias realizaciones.

[0109] Cualquier referencia a 'un' artículo se refiere a uno o más de esos artículos. El término 'que comprende' se usa en el presente documento para significar que incluye las etapas o elementos del método identificados, pero que tales etapas o elementos no comprenden una lista exclusiva y un método o aparato puede contener etapas o elementos adicionales.

[0110] Como se usa en el presente documento, los términos "componente" y "sistema" pretenden abarcar almacenamiento de datos legibles por ordenador que está configurado con instrucciones ejecutables por ordenador que provocan que se realice cierta funcionalidad cuando se ejecuta por un procesador. Las instrucciones ejecutables por ordenador pueden incluir una rutina, una función o similares. También debe entenderse que un componente o sistema se puede localizar en un único dispositivo o distribuirse a través de varios dispositivos.

[0111] Además, como se usa en el presente documento, el término "ejemplar" pretende significar "que sirve como una ilustración o ejemplo de algo".

[0112] Además, en la medida en que el término "incluye" se usa en la descripción detallada o en las reivindicaciones, se pretende que dicho término sea inclusivo de una manera similar al término "que comprende", ya que "que comprende" se interpreta cuando se emplea como un término transitorio palabra en una reivindicación.

[0113] Las figuras ilustran métodos ilustrativos. Aunque los métodos se muestran y describen como una serie de actos que se realizan en una secuencia particular, debe entenderse y apreciarse que los métodos no están limitados por el orden de la secuencia. Por ejemplo, algunos actos pueden ocurrir en un orden diferente al que se describe en el presente documento. Además, un acto puede ocurrir simultáneamente con otro acto. Además, en algunos casos, no todos los actos pueden requerirse para implementar un método descrito en el presente documento.

[0114] Además, los actos descritos en el presente documento pueden comprender instrucciones ejecutables por ordenador que pueden implementarse por uno o más procesadores y/o almacenarse en un medio o medios legibles por ordenador. Las instrucciones ejecutables por ordenador pueden incluir rutinas, subrutinas, programas, hilos de ejecución y/o similares. Aún adicionalmente, los resultados de los actos de los métodos pueden almacenarse en un medio legible por ordenador, visualizarse en un dispositivo de visualización y/o similares.

[0115] El orden de las etapas de los métodos descritos en el presente documento es ilustrativo, pero las etapas pueden llevarse a cabo en cualquier orden adecuado, o simultáneamente cuando sea apropiado. Los aspectos de cualquiera de los ejemplos descritos anteriormente pueden combinarse con aspectos de cualquiera de los otros ejemplos descritos para formar ejemplos adicionales sin perder el efecto buscado.

[0116] Se entenderá que la descripción anterior de las realizaciones preferidas se proporciona únicamente a modo de ejemplo y que los expertos en la materia pueden realizar diversas modificaciones. Lo que se ha descrito anteriormente incluye ejemplos de una o más realizaciones. Por supuesto, no es posible describir todas las modificaciones y alteraciones concebibles de los dispositivos o métodos anteriores con el fin de describir los aspectos mencionados anteriormente, pero un experto en la materia puede reconocer que son posibles muchas modificaciones y permutaciones adicionales de diversos aspectos. . Por consiguiente, los aspectos descritos pretenden abarcar todas tales alteraciones, modificaciones y variaciones que caen dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims

1. REIVINDICACIONES

1. Un receptor (3) configurado para recibir (50) una señal óptica (4) desde un transmisor (2) en un sistema de comunicación óptica (1), comprendiendo el receptor:

al menos una primera y una segunda unidades de detección de señal (32a, 32b) para detectar eventos de detección asociados con fotones individuales;

al menos un conmutador óptico (12) configurado para alternar entre acoplar al menos una primera posición de conmutador (14) y una segunda posición de conmutador (16), estando dispuesta la primera posición de conmutador para dirigir una señal óptica recibida a la primera unidad de detección de señal y estando dispuesta la segunda posición de conmutador para dirigir una señal óptica recibida a la segunda unidad de detección de señal, de modo que la primera y segunda unidades de detección de señal corresponden a la primera y segunda posiciones de conmutador respectivamente;

un etiquetador de tiempo de detección (40) configurado para etiquetar los eventos de detección en la primera y segunda unidades de detección de señal de acuerdo con el tiempo, la posición de conmutador y la unidad de detección de señal, introduciendo de esta manera una correlación entre un periodo de tiempo en el que se registra un evento de detección, la posición de conmutador y la unidad de detección de señal; y

un módulo de recuperación de temporización (42) conectado al etiquetador de tiempo de detección, en donde el módulo de recuperación de temporización está configurado para:

usar la correlación para verificar si un evento de detección se ha etiquetado o no en el periodo de tiempo correcto y, si se encuentra que un evento de detección se ha etiquetado en el periodo de tiempo incorrecto, reasignar (64) el evento de detección al periodo de tiempo correcto.

2. El receptor de la reivindicación 1, en donde el módulo de recuperación de temporización está configurado para reasignar el evento de detección al periodo de tiempo correcto cuando:

la posición de conmutador etiquetada para el evento de detección es la primera posición de conmutador, y la unidad de detección de señal para el evento de detección es la segunda unidad de detección de señal; o cuando la posición de conmutador etiquetada para el evento de detección es la segunda posición de conmutador, y la unidad de detección de señal etiquetada para el evento de detección es la primera unidad de detección de señal.

3. El receptor de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en donde el periodo de tiempo corresponde a un intervalo de tiempo, en donde el módulo de recuperación de temporización está configurado para reasignar el evento de detección, que se ha encontrado que está etiquetado en el periodo de tiempo incorrecto, reasignando el evento de detección a un intervalo de tiempo anterior.

4. El receptor de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en donde el etiquetador de tiempo de detección está configurado además para etiquetar cada evento de detección de los eventos de detección con la codificación de fotones asociados con cada evento de detección respectivo.

5. El receptor de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, que comprende además al menos un primer y segundo sistemas de descodificación ópticos, en donde el al menos un conmutador óptico está configurado para: dirigir, cuando el conmutador óptico está acoplado en la primera posición de conmutador, la señal óptica recibida a través del primer sistema de descodificación óptico para producir una primera señal óptica descodificada; y dirigir la primera señal óptica descodificada a la primera unidad de detección de señal para detectar eventos de detección; y

cuando el conmutador óptico está acoplado en la segunda posición de conmutador, dirigir la señal óptica recibida a través de un segundo sistema de descodificación óptico para producir una segunda señal óptica descodificada; y

dirigir la segunda señal óptica descodificada a la segunda unidad de detección de señal para detectar eventos de detección.

6. El receptor de cualquier reivindicación anterior, en donde el al menos un conmutador óptico está configurado para alternar entre acoplar al menos la primera posición de conmutador y la segunda posición de conmutador a una tasa igual a una tasa de repetición de la señal óptica recibida, de modo que la alternancia del al menos un conmutador óptico entre la primera y la segunda posiciones de conmutador está sincronizada con la tasa de repetición de la señal óptica recibida; y

preferentemente, en donde la tasa de repetición de la señal óptica recibida se calcula basándose en una tasa de repetición de una señal óptica transmitida correspondiente, transmitida desde un transmisor al receptor, ajustada de acuerdo con un factor de corrección de desplazamiento Doppler.

7. El receptor de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en donde la primera y segunda unidades de detección de señal comprenden cada una una pluralidad de detectores de fotones individuales; y

preferentemente, en donde la primera y segunda unidades de detección de señal comprenden cada una cuatro detectores de fotones individuales; y

preferentemente, en donde los detectores de fotones individuales son SPAD.

8. Un método de operación de un sistema de comunicación óptica (1), comprendiendo el método, en un receptor (3): recibir (50) una señal óptica (4);

alternar (52) al menos un conmutador óptico (12) entre acoplar al menos una primera posición de conmutador (14) y una segunda posición de conmutador (16),

dirigir, cuando el conmutador óptico está acoplado en la primera posición de conmutador, la señal óptica recibida a una primera unidad de detección de señal (32a);

dirigir, cuando el conmutador óptico está acoplado en la segunda posición de conmutador, la señal óptica recibida a una segunda unidad de detección de señal (32b), de manera que la primera y segunda unidades de detección de señal corresponden a la primera y segunda posiciones de conmutador respectivamente; detectar (58) eventos de detección en la primera y segunda unidades de detección de señal;

etiquetar (60) los eventos de detección en la primera y segunda unidades de detección de señal de acuerdo con el tiempo, la posición de conmutador y la unidad de detección de señal, introduciendo de esta manera una correlación entre un periodo de tiempo en el que se registra un evento de detección, la posición de conmutador y las unidades de detección de señal; y

usar la correlación para verificar si un evento de detección se ha etiquetado o no en el periodo de tiempo correcto, y si se encuentra que un evento de detección está etiquetado en el periodo de tiempo incorrecto, reasignar (64) el evento de detección al periodo de tiempo correcto.

9. El método de la reivindicación 8, en donde la reasignación del evento de detección al periodo de tiempo correcto se produce cuando:

10. El método de cualquiera de las reivindicaciones 8 o 9, en donde el periodo de tiempo corresponde a un intervalo de tiempo, y reasignar el evento de detección, que se ha encontrado que está etiquetado en el periodo de tiempo incorrecto, incluye reasignar el evento de detección a un intervalo de tiempo anterior.

11. El método de cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, en donde etiquetar eventos de detección comprende además etiquetar eventos de detección con codificaciones de fotones asociados con los eventos de detección.

12. El método de cualquiera de las reivindicaciones 8 a 11, en donde dirigir, cuando el conmutador óptico está acoplado en la primera posición de conmutador, la señal óptica recibida a una primera unidad de detección de señal comprende además:

dirigir la señal óptica recibida a través de un primer sistema de descodificación óptico para producir una primera señal óptica descodificada; y

dirigir la primera señal óptica descodificada a la primera unidad de detección de señal para detectar eventos de detección;

y en donde dirigir, cuando el conmutador óptico está acoplado en la segunda posición de conmutador, la señal óptica recibida a una segunda unidad de detección de señal comprende además:

dirigir la señal óptica recibida a través de un segundo sistema de descodificación óptico para producir una segunda señal óptica descodificada; y

13. El método de cualquiera de las reivindicaciones 15 a 20, en donde alternar el al menos un conmutador óptico entre acoplar la al menos primera posición de conmutador y la segunda posición de conmutador se produce a una tasa igual a una tasa de repetición de la óptica recibida, de modo que la alternancia del al menos un conmutador óptico entre la primera y la segunda posiciones de conmutador está sincronizada con la tasa de repetición de la señal óptica recibida; y

preferentemente, que comprende además:

calcular la tasa de repetición de la señal óptica recibida basándose en una tasa de repetición de una señal óptica transmitida correspondiente, transmitida desde un transmisor al receptor, ajustada de acuerdo con un factor de corrección de desplazamiento Doppler.

14. Un sistema de comunicación óptica (1) que comprende un transmisor (2) y un receptor (3) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7.

15. Un medio legible por ordenador que comprende código o instrucciones informáticas almacenadas en el mismo, que, cuando son ejecutadas por un procesador en el receptor de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, hacen que el receptor realice el método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8 a 13.