專利名稱：具有后向散射抑制的雙向qkd系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及量子密碼術(shù)，具體地說，涉及量子密鑰分發(fā)(QKD)系統(tǒng)，更具體地說涉及一種雙向QKD系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
量子密鑰分發(fā)涉及利用通過“量子信道”傳送的弱(例如平均0.1光子)光學(xué)信號，在發(fā)送者(“Alice”)和接收者(“Bob”)之間建立密鑰。密鑰分發(fā)的安全性建立在處于未知狀態(tài)下的量子系統(tǒng)的任何測量將改變其狀態(tài)的量子機械原理的基礎(chǔ)上。從而，試圖截取或以其它方式測量量子信號的偷聽者(“Eve”)將在傳送的信號中引入錯誤，從而曝露她的存在。
量子密碼術(shù)的一般原理首先由Bennett和Brassard在他們的論文“Quantum CryptographyPublic key distribution and coin tossing”，Proceedings of the International Conference on Computers，Systemsand Signal Processing，Bangalore，India，1984，pp.175-179(IEEE，New York，1984)中提出。在Bnenneet的美國專利No.5307410以及在C.H.Bennett的論文“Quantum CryptographyUsing Any Two Non-Orthogonal States”，Phys.Rev.Lett.68 3121(1992)中描述了具體的QKD系統(tǒng)。
在Bouwmeester等的書“The Physics of Quantum Information”，Springer-Verlag 2001的第三章2.3，第27-33頁中描述了執(zhí)行QKD的一般過程。在QKD過程中，Alice利用隨機數(shù)發(fā)生器(RNG)產(chǎn)生基礎(chǔ)部分的隨機比特(“基礎(chǔ)比特”)和密鑰的隨機比特(“密鑰比特”)，從而產(chǎn)生一個量子位(例如利用極化和相位編碼)，并將該量子位發(fā)給Bob。
Ribordy等的論文“Automated′Plug and Play′quantum keydistribution”，Electronics Letters Vol.34，No.22 1998年10月29日(“Ribordy論文”)和美國專利6188768都描述了一種所謂的“雙向”系統(tǒng)，其中量子信號從第一QKD站被發(fā)送給第二QKD站，隨后返回第一QKD站。一般來說，從第一QKD站發(fā)給第二QKD站的量子信號較強(例如，平均每個脈沖幾百或幾千個光子)，并在返回給第一QKD站之前，在第二QKD站被衰減到量子能級(即，每個脈沖一個光子或者更少)。該雙向QKD系統(tǒng)采用由德國的Joachim Meier博士首先發(fā)明，并且在1995年(以德語)出版為“Stabile Interferometriedes nichtlinearen Brechzahl-Koeffizienten von Quarzglasfasern deropticshen Nachrichtentechnik”，Joachim Meier.-Als Ms.gedr..-DusseldorfVDI-Verl.，Nr，443，1995(ISBN 3-18-344308-2)的自動補償干涉計。由于Meier干涉計被自動補償極化和熱振動，因此和單向系統(tǒng)相比，基于其的雙向QKD系統(tǒng)對環(huán)境影響不太敏感。
當使用Meier干涉計來形成雙向QKD系統(tǒng)時，呈依據(jù)三種不同機制從最初較強的量子信號產(chǎn)生的光子形式的噪聲會降低性能1)前向喇曼散射，其中產(chǎn)生頻移光子，并且頻移光子與量子信號光子一同傳播；2)喇曼后向散射，其中產(chǎn)生頻移光子，并且頻移光子沿與量子信號光子相反的方向傳播；和3)雷利散射，其中出自量子信號的光子沿著與量子信號光子相反的方向被向后彈性散射。
借助波分多路復(fù)用(WDM)、時分多路復(fù)用(TDM)或波長濾波，可使源于喇曼前向散射和后向散射的噪聲降至最小。但是，雷利(Rayleigh)后向散射造成一個更困難的問題，因為雷利后向散射光子具有和量子信號光子相同的頻率。從而，試圖將量子信號和它們產(chǎn)生的噪聲分開的WDM解決方法并不適用。另外，由于雷利后向散射光子在整個傳輸光纖內(nèi)被彈性散射，因此以恒定的速率(連續(xù)波)到達探測器，使TDM解決方案無效。
重要的是注意在Ribordy論文中描述的雙向QKD系統(tǒng)使用呈13.2千米長光纖環(huán)形式的“存儲線”來抑制雷利后向散射光的探測。這樣的存儲線對雙向QKD系統(tǒng)的傳輸速率造成不利影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個方面是適合于通過光纖與QKD系統(tǒng)的第二QKD站光學(xué)耦接的QKD站。所述QKD站包括第一和第二激光源，所述第一和第二激光源都適合于將輸出光脈沖發(fā)射到光纖中。輸出光脈沖具有與第一和第二激光源的波長對應(yīng)的第一和第二波長。所述QKD站還包括均具有第一和第二單光子探測器(SPD)的第一和第二SPD單元。SPD分別適合于以從另一QKD站返回給第一QKD站的輸入弱光脈沖的形式，探測第一和第二波長的光脈沖。在一個例證實施例中，SPD被成對布置，每一對探測指定的波長。所述QKD站中還包括可操作地與第一和第二激光源，以及與每個SPD單元中的第一和第二SPD耦接的控制器?？刂破鬟m合于依次激活和停用第一和第二激光源，從而產(chǎn)生對應(yīng)的第一組和第二組輸出光脈沖?？刂破髁硗膺m合于有選擇地(例如依次地)激活和停用第一和第二SPD，以減少第一和第二SPD探測到的輸出脈沖在光纖中形成的后向散射光的數(shù)量。在一個備選實施例中，每個SPD單元包括單個SPD以及可調(diào)光學(xué)元件，比如快速光開關(guān)或快速可調(diào)諧濾光器?？烧{(diào)光學(xué)元件由控制器調(diào)節(jié)，以致每個SPD單元中的每個單個SPD依次探測不同波長的光脈沖。
本發(fā)明的另一方面是一種探測具有第一和第二QKD站的QKD系統(tǒng)中的光脈沖的方法。所述方法包括從第一QKD站向第二QKD站傳送具有第一波長的第一組光脈沖，停止第一組光脈沖的傳輸，在避免在第一QKD站中探測到來自第一組光脈沖的后向散射輻射的時候，從第一QKD站向第二QKD站傳送具有第二波長的第二組光脈沖。
本發(fā)明的另一方面是一種減少具有通過光纖鏈路光學(xué)耦接的第一和第二QKD站的QKD系統(tǒng)中的雷利后向散射的方法。第一QKD站具有第一和第二可選擇性激活的單光子探測器(SPD)，所述單光子探測器(SPD)與光纖鏈路光學(xué)耦接，并且適合于探測具有相應(yīng)第一和第二波長的單光子。在一個例證實施例中，SPD被成對布置，每一對適合于探測單個波長，而在另一例證實施例中，SPD和可調(diào)的光學(xué)元件一起布置，所述可調(diào)的光學(xué)元件被控制，以便允許單個SPD被用于探測不同波長的光脈沖。所述方法包括在第一QKD站中將第一組和第二組的各對光脈沖多路復(fù)用到光纖鏈路中。第一組和第二組分別具有第一和第二波長。對于具有專用于探測選擇波長的多對SPD的實施例，該方法包括有選擇地激活各對SPD，從而當探測單光子時，減少或防止在光纖鏈路中形成的后向散射光被SPD探測到。對于具有與可調(diào)光學(xué)元件結(jié)合使用的單SPD的實施例，光學(xué)元件由控制器調(diào)節(jié)，以致每個SPD探測具有不同波長的光脈沖。


圖1是例證的雙向QKD系統(tǒng)的示意圖；圖2A是根據(jù)本發(fā)明的供圖1的雙向QKD系統(tǒng)之用的QKD站Bob的例證實施例的示意圖，其中Bob能夠傳送具有三種不同波長的量子信號；圖2B類似于圖2A，圖解說明利用在每個多路分解器和SPD單元之間的快速光開關(guān)，以致SPD單元只需要具有單個SPD的QKD站的例證實施例；圖2C類似于圖2A，圖解說明利用在每個SPD單元上游的可調(diào)諧濾光器以便消除多路分解器，同時允許每個SPD單元中單個SPD的使用的例證實施例；圖3A是圖解說明當?shù)谝徊ㄩL的光脈沖到達它們對應(yīng)的單光子探測器(SPD)時，產(chǎn)生第二波長的光脈沖的計時的示意圖；圖3B是圖解說明當?shù)诙ㄩL的光脈沖到達它們對應(yīng)的SPD時，產(chǎn)生第三波長的光脈沖的計時的示意圖；圖4是圖解說明激光源發(fā)送它們各自的不同波長的光脈沖的時間段的計時圖；圖5A是圖解說明當?shù)谝徊ㄩL的光脈沖到達它們對應(yīng)的單光子探測器(SPD)時，產(chǎn)生第二波長的光脈沖的計時的示意圖；
圖5B是圖解說明當?shù)诙ㄩL的光脈沖到達它們對應(yīng)的SPD時，產(chǎn)生第三波長的光脈沖的計時的示意圖；圖6是Bob的一部分的示意圖，圖解說明代替三個獨立的光耦合器的多路復(fù)用器的使用；圖7是Bob的一部分的示意圖，圖解說明布置在多路復(fù)用器下游的單個保偏光可變衰減器(PM VOA)的使用，而不是如圖2A中圖解說明的那樣使用三個獨立的PM VOA。
附圖中描述的各個元件只是代表性的，不必按比例繪制。其某些部分可能被夸大，而其它部分可能被縮減到最小。附圖用于圖解說明本發(fā)明的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠理解和恰當實現(xiàn)的各個實施例。
具體實施例方式
本發(fā)明涉及一種雙向QKD系統(tǒng)，具體地說，涉及一種抑制這種QKD系統(tǒng)中源于雷利散射的噪聲的方法。圖1是例證的雙向QKD系統(tǒng)10的示意圖。QKD系統(tǒng)10包括通過光纖鏈路FL相互連接的第一QKD站“Bob”和第二QKD站“Alice”。光學(xué)信號(脈沖)P通過Alice和Bob之間的光纖鏈路FL發(fā)送。這些光脈沖這里也被稱為“量子脈沖”，因為它們通過在本領(lǐng)域中被稱為“量子信道”的通道發(fā)送。
如下所述從Alice返回Bob的光學(xué)(量子)脈沖一般具有1個質(zhì)子或者更少的平均數(shù)，最好約為0.1個質(zhì)子的平均數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的Bob的細節(jié)如下所述。
繼續(xù)參見圖1，在一個例證實施例中，Alice包括沿光軸A1順序排列的可變衰減器(VOA)12，調(diào)相器14和Faraday鏡16。Alice還包括與VOA耦接，并且與調(diào)相器14耦接，從而控制這些元件的操作的控制器20。
在一個例證實施例中，Alice和Bob還通過同步信道SC耦接，同步信道SC便于同步信號SS從一個站發(fā)送給另一個站，以便控制構(gòu)成QKD系統(tǒng)的各個元件的計時和操作。在一個例證實施例中，同步信道SC與量子信道在光纖鏈路FL上被多路復(fù)用。
Bob圖2A是根據(jù)本發(fā)明的適于供圖1的雙向QKD系統(tǒng)10之用的Bob的例證實施例的示意圖。Bob包括多個激光源L--例如三個激光源L1、L2和L3，如圖所示。激光源L1、L2和L3發(fā)出具有相應(yīng)波長λ1、λ2和λ3的相應(yīng)光脈沖P1、P2和P3。
激光源L1、L2和L3通過相應(yīng)的光纖段F1、F2和F3，與相應(yīng)的保偏(PM)VOA51、52和53光學(xué)耦接。PM VOA51、52和53依次通過光纖段F4、F5和F6與相應(yīng)的耦合器61、62和63光學(xué)耦接。耦合器61、62和63被串聯(lián)布置，耦接器63通過光纖段F7與耦合器62光學(xué)耦接，耦合器62通過光纖段F8與耦合器61光學(xué)耦接。激光源L1、L2和L3和PM VOA51、52和53通過(分支)線路64(例如導(dǎo)線)可操作地與控制器66耦接(例如電耦接)，控制器66控制這些元件的激活和計時，如下詳細所述。
Bob還包括具有端口70A、70B和70C的循環(huán)器70。耦合器61通過光纖段F9與第一循環(huán)器端口70A光學(xué)耦接。另外，具有四個端口80A-80D的3dB耦合器80通過在端口80A與耦合器80連接的光纖段F10，與第三循環(huán)器端口70C光學(xué)耦接。
耦合器80在相應(yīng)端口80D和80C與兩個光纖段82和84耦接。光纖82和84的另一端與偏振光束分光器88的相應(yīng)表面88A和88B耦接，從而形成具有臂82和84的干涉儀回路100。調(diào)相器110被布置在臂之一(例如臂82)中。調(diào)相器110可操作地與控制器66耦接。
Bob還包括與循環(huán)器70的端口70B光學(xué)耦接的第一WDM多路分解器120和在端口80B與耦接器80B光學(xué)耦接的第二WDM多路分解器122。第一多路分解器120通過一個或多個光纖136與單光子探測器(SPD)單元128光學(xué)耦接。在一個例證實施例中，SPD單元128包括一個或多個SPD，比如SPD130、132和134，如圖所示，以及對應(yīng)數(shù)目的光纖136。第二多路分解器122通過一個或多個光纖146與SPD單元138光學(xué)耦接。在一個例證實施例中，SPD單元138具有一個或多個SPD，例如SPD140、142和144，以及對應(yīng)數(shù)目的光纖136。每個SPD又與控制器66耦接。在圖2A的Bob的例證實施例中，SPD13和140對應(yīng)于激光源L1和波長λ1，SPD132和142對應(yīng)于激光源L2和波長λ2，SPD134和144對應(yīng)于激光源L3和波長λ3。這種情況下，SPD130和140被看作一個SPD對，SPD132和142，以及SPD134和144同樣分別被看作一個SPD對。
注意上面的說明是關(guān)于Bob的配置的一個例證實施例。其它配置也是可能的，為了舉例說明使用了上面描述的配置。例如，Bob可以通過利用每個SPD中的單個SPD來檢測光的不同波長，例如借助控制器66提供的延遲線和選通脈沖，或者交替地通過使用與控制器66耦接的一個或多個可調(diào)光學(xué)元件來工作，而不是使用每個SPD單元中的多個SPD。
例如，參考圖2B，在一個例證實施例中，Bob包括呈布置在多路分解器120和SPD130之間的第一快速光開關(guān)160，以及布置在多路分解器122和SPD140之間的第二快速光開關(guān)162的形式的可調(diào)光學(xué)元件。這種情況下，快速開關(guān)160和SPD130構(gòu)成SPD單元128，而快速開關(guān)162和SPD140構(gòu)成SPD單元138。快速開關(guān)160和162可操作地與控制器66耦接，控制器66控制這些開關(guān)的操作，以便控制對應(yīng)的單個SPD對不同波長的光線(以下面引入和討論的干涉脈沖IP1的形式)的探測。
類似地，參考圖2C，在一個例證實施例中，從Bob中除去多路分解器120和122，并采用呈快速可調(diào)諧濾光器形式的可調(diào)光學(xué)元件。第一快速可調(diào)諧濾光器170被布置在循環(huán)器70和SPD130之間，第二快速可調(diào)諧濾光器172被布置在耦合器80和SPD單元128之間。這種情況下，可調(diào)諧濾光器170和SPD130構(gòu)成SPD單元128，而濾光器172和SPD140構(gòu)成SPD單元138。在該例證實施例中，SPD單元128和138分別只需要單個SPD130和140?？焖倏烧{(diào)諧濾光器170和172在可操作地與控制器66耦接，控制器66控制這些濾光器的操作，以便控制對應(yīng)的單個SPD對不同波長的光線(以下面引入和討論的干涉脈沖IP1的形式)的探測。
為了便于舉例說明和理解，下面的討論針對如圖2A中圖解所示的結(jié)合多路分解器使用的特定波長的SPD波長對。除了如上討論的差別之外，如圖2B和2C中圖解所示的Bob的實施例的操作方法基本上與之相同。
操作方法在本發(fā)明中，時間多路分解和波長多路分解都可被用于抑制與雷利后向散射相關(guān)的不利影響。一般來說，在光纖的長度范圍內(nèi)發(fā)生后向散射，后向散射光能夠從遠至Alice或其附近的光纖的各個部分到達SPD。但是，在一些情況下，QKD系統(tǒng)10(圖1)中的多數(shù)后向散射發(fā)生于接近Bob的光纖鏈路FL的各個部分中，在接近Bob的光纖鏈路FL的各個部分中，初始的輸出光脈沖P仍然較強。另外，這些脈沖到達探測器的概率較高，因為它們不太可能在返回Bob的路上在光纖鏈路FL中被丟失。一般來說，存在沿著光纖鏈路FL的長度方向從Bob開始測量的一定的有效距離，超出該有效距離，后向散射對探測過程的影響極小。在一個例證實施例中，通過改變不同波長的光脈沖的生成和探測計時來找出最佳的計時安排，根據(jù)經(jīng)驗確定該有效距離。
再次參見圖2A，為了使雷利后向散射的不利影響降至最小，順序操作激光源L1、L2和L3以及對應(yīng)的SPD。例如，激光源L1產(chǎn)生數(shù)目為N1的一組脈沖P1，脈沖P1通過PM VOA51，耦合器61和循環(huán)器70傳到回路100。在回路100，每個脈沖P1被分成兩個相干光脈沖，圖2A中一般表示成Pn′和Pn″。該對脈沖傳播到Alice，在Alice，每對中的至少一個脈沖被調(diào)制。脈沖對隨后被返回給Bob，在Bob，利用隨機選擇的相位(例如借助控制器66中的隨機數(shù)發(fā)生器)對穿過臂82的返回脈沖調(diào)相。
每對返回的脈沖在耦合器80被重新組合(干涉)，從而形成單個干涉脈沖IP1(參見圖3A)。干涉脈沖或者通過耦合器80傳到多路分解器122，或者通過循環(huán)器70傳到多路分解器120，取決于干涉脈沖的總相位。多路分解器120或122隨后將干涉脈沖(具有波長λ1)引向相應(yīng)SPD單元128和138中的SPD130或140。借助控制器66選通SPD130和140，以便對應(yīng)于干涉脈沖的到達時間。
沿整個光纖長度的后向散射在最一般的情況下，QKD系統(tǒng)10(圖1)中的后向散射沿著光纖鏈路FL的整個長度方向發(fā)生。
另外參見圖3A，在第一組光脈沖到達Alice的時候或其前后，控制器66停用激光源L1，并激活激光源L2。激光源L2隨后發(fā)出數(shù)目為N2的一組光脈沖P2。光脈沖P2通過PM VOA52，通過耦合器62，并傳到耦合器61。同樣地，參考圖3B，在光脈沖P2開始到達Alice的時候或其前后(以及在Bob中形成干涉脈沖IP1的時候或其前后)，控制器66停用激光源L2，并激活激光源L3，激光源L3發(fā)出數(shù)目為N3的一組光脈沖P3。隨后，在光脈沖P3到達Alice的時候或其前后，控制器66停用激光源L3，并激活激光源L1，重復(fù)該過程。
同時，在不同的光脈沖組依次到達Bob的情況下，控制器66依次激活SPD對(130，140)、(132，142)和(134，144)，以探測具有相應(yīng)波長λ1、λ2和λ3的相應(yīng)干涉光脈沖IP1、IP2和IP3。
正當一種波長的光脈沖到達Alice時，將光脈沖P的波長從一種波長轉(zhuǎn)換成另一種波長可避免正當探測所述一種波長的量子脈沖時，該種波長的雷利后向散射光到達指定探測該種波長的光子的SPD。
參見圖4，在一個例證實施例中，每個激光源L1、L2和L3都持續(xù)時間L/C發(fā)出一組光脈沖，并被關(guān)閉2(LF)/c的連續(xù)周期，其中LF是Bob和Alice之間的光纖鏈路FL的長度，c是光纖中的光速。在存在n個激光源L1、L2、...Ln的更一般的例證實施例中，每個激光源發(fā)射LF/C的時續(xù)時間，并被關(guān)閉(n-1)(LF)/c的連續(xù)周期。在該例證實施例中，雷利散射完全是時分間多路分解的。
Bob附近的最強后向散射如上所述，在一些情況下，QKD系統(tǒng)10(圖1)中的多數(shù)后向散射發(fā)生于光纖鏈路FL的接近Bob的各個部分中，在光纖鏈路FL的接近Bob的各個部分中，初始的輸出光脈沖P仍然較強。另外，這些脈沖到達探測器的概率較高，因為它們不太可能在返回Bob的路上在光纖鏈路FL中被丟失。
因此，參考圖5A，在一個例證實施例中，當干涉脈沖(光子)IP1開始到達SPD130和140的時候或其前后，控制器66停用激光源L1并激活激光源L2。激光源L2隨后發(fā)出數(shù)目為N2的一組光脈沖P2。光脈沖P2通過PM VOA52，通過耦合器62并傳到耦合器61。此時，QKD系統(tǒng)的操作和上面關(guān)于光脈沖P1說明的操作基本相同，除了現(xiàn)在SPD132和142被選通以探測到達的具有波長λ2的干涉脈沖之外。
同樣地，參考圖5B，在具有波長λ2的干涉脈沖IP2開始到達SPD132和143的時候或其前后，控制器66停用激光源L2，并激活激光源L3。激光源L3隨后發(fā)出數(shù)目N3的一組光脈沖P3。光脈沖P3通過PM VOA53，并通過耦合器63、62和61。此時，QKD系統(tǒng)的操作和上面關(guān)于光脈沖P1說明的操作基本相同，除了現(xiàn)在SPD134和144被選通，以探測到達的具有波長λ3的干涉脈沖。
在干涉脈沖IP3(未示出)開始到達SPD134和144的時候或其前后，控制器66停用激光源L3并激活激光源L1，重復(fù)上述過程，直到交換了所需數(shù)目的量子位為止。一般來說，每個激光源L1、L2...Ln發(fā)射2(LF)/c的持續(xù)時間，并被關(guān)閉2(n-1)(LF)/c的連續(xù)周期。
正當探測第一波長的光脈沖時，將光脈沖P的波長從第一波長轉(zhuǎn)換成第二波長減少了正當探測第一波長的量子脈沖時，第一波長的雷利后向散射光到達指定探測第一波長的光子的SPD的數(shù)量。減少量是非均勻的，并且在每個循環(huán)期間隨著時間指數(shù)增大。
當探測某一波長時，到達SPD的該波長的雷利后向散射光子的數(shù)量R可被表示成R＝Ae-Bt，其中在每個循環(huán)期間，時間t在0和2(LF)/C之間變化，其中A和B是取決于光纖長度(FL)，其損耗和系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)參數(shù)。
密鑰生成在本發(fā)明中，常規(guī)的QKD協(xié)議被用于從交換的光脈沖中提取密鑰。當在SPD中探測到光子(脈沖)(即，當探測器發(fā)出滴答聲)時，重要的是知道哪對SPD產(chǎn)生該滴答聲。當在目前未被激活(選通)的SPD組中發(fā)生探測事件時，該事件(滴答聲)應(yīng)被丟棄，因為它對應(yīng)于錯誤的波長--從而可被認為起源于暗電流或者另一種探測器錯誤。
Bob的其它例證實施例圖6是與圖2A類似的Bob的一部分的示意圖，圖解說明其中多路復(fù)用器300(例如，常規(guī)的光多路復(fù)用器，微機電(MEMS)設(shè)備等)被用于組合來自不同激光源L的光脈沖P，并將它們發(fā)送給循環(huán)器P的例證實施例。該例證實施例不需要單獨的耦合器61、62和63。
圖7是與圖5類似的Bob的一部分的示意圖，圖解說明其中單個PM VOA310被布置在多路復(fù)用器300下游的例證實施例。該例證實施例消除了對三個不同PM VOA的需要。
權(quán)利要求
1.一種適合于通過光纖與QKD系統(tǒng)的第二QKD站光學(xué)耦接的第一QKD站，所述第一QKD站包括第一和第二激光源，所述第一和第二激光源都適合于將輸出光脈沖發(fā)射到光纖中，所述輸出光脈沖具有與所述第一和第二激光源相對應(yīng)的第一和第二波長；第一和第二單光子探測器(SPD)單元，所述第一和第二單光子探測器(SPD)單元均適合于以從第二QKD站返回到第一QKD站的輸入弱光脈沖的形式，探測所述第一和第二波長的光脈沖；可操作地與所述第一和第二激光源以及與所述第一和第二SPD單元耦接的控制器；其中所述控制器適合于依次激活和停用所述第一和第二激光源，從而產(chǎn)生對應(yīng)的第一組和第二組所述輸出光脈沖，還適合于有選擇地激活和停用所述第一和第二SPD單元中的SPD，以減少所述第一和第二SPD單元中的SPD探測到的由所述輸出光脈沖在光纖中形成的后向散射光的數(shù)量。
2.按照權(quán)利要求1所述的QKD站，其中所述第一和第二SPD單元都包括單個SPD；和緊鄰所述單個SPD的上游布置的可調(diào)光學(xué)元件，所述可調(diào)光學(xué)元件可操作地與所述控制器耦接，以便控制每個單個SPD對不同波長的光的探測。
3.按照權(quán)利要求1所述的QKD站，其中所述第一和第二SPD單元包括分別專用于探測第一和第二波長的相應(yīng)第一SPD(130、140)和相應(yīng)第二SPD(132、142)。
4.按照權(quán)利要求1所述的QKD站，還包括適合于將兩種或更多種波長的輸出光脈沖多路復(fù)用到光纖中的多路復(fù)用器。
5.一種探測具有通過光纖耦合的第一和第二QKD站的QKD系統(tǒng)中的光脈沖的方法，包括從第一QKD站向第二QKD站傳送具有第一波長的第一組光脈沖；停止所述第一組光脈沖的傳輸，以減少或避免在所述第一QKD站中探測到來自光纖的雷利后向散射輻射的數(shù)量；和從所述第一QKD站向所述第二QKD站傳送具有第二波長的第二組光脈沖。
6.按照權(quán)利要求5所述的方法，包括在所述第一組光脈沖到達所述第二QKD站的時候或其前后，停止所述第一組光脈沖的傳輸，并開始所述第二組光脈沖的傳輸。
7.按照權(quán)利要求5所述的方法，包括在所述第一組光脈沖從所述第二QKD站返回所述第一QKD站的時候或其前后，停止所述第一組光脈沖的傳輸，并開始所述第二組光脈沖的傳輸。
8.按照權(quán)利要求5所述的方法，其中所述第一QKD站包括第一和第二SPD單元，所述第一和第二SPD單元均具有第一SPD(130、140)和第二SPD(132、142)，所述方法包括在每個SPD單元的第一SPD中探測來自第一組光脈沖的光脈沖，在每個SPD單元的第二SPD中探測來自第二組光脈沖的光脈沖。
9.按照權(quán)利要求5所述的方法，其中所述第一QKD站包括第一和第二SPD單元，所述第一和第二SPD單元均具有單個SPD和可調(diào)光學(xué)元件，所述方法包括調(diào)整所述可調(diào)光學(xué)元件，以便在每個單個SPD中順序探測來自所述第一組和第二組光脈沖的光脈沖。
10.按照權(quán)利要求5所述的方法，還包括在要探測來自從所述第二QKD站返回給所述第一QKD站的第二組光脈沖的弱光脈沖的時候或其前后，停止所述第二組光脈沖的傳輸；在探測所述第二組的弱光脈沖時，從所述第一QKD站向所述第二QKD站傳送具有第一波長的另一個第一組光脈沖。
11.按照權(quán)利要求5所述的方法，還包括在要探測來自從所述第二QKD站返回給所述第一QKD站的第二組光脈沖的弱光脈沖的時候或其前后，停止所述第二組光脈沖的傳輸；在探測來自所述第二組光脈沖的弱光脈沖時，從所述第一QKD站向所述第二QKD站傳送具有第三波長的第三組光脈沖。
12.一種減少具有通過光纖鏈路光學(xué)耦接的第一和第二QKD站的QKD系統(tǒng)中的雷利后向散射的方法，所述方法包括在具有第一和第二單光子探測器(SPD)單元的第一QKD站中，所述第一和第二單光子探測器(SPD)單元均具有與所述光纖鏈路光學(xué)耦接的一個或多個可選擇性激活的SPD將第一組和第二組的多對光脈沖多路復(fù)用到所述光纖鏈路中，所述第一組和第二組具有相應(yīng)的第一波長和第二波長；和有選擇地激活所述第一和第二SPD單元中的SPD，以減少或避免當SPD被激活以探測單光子時，所述SPD探測到在所述光纖鏈路中形成的后向散射光。
13.按照權(quán)利要求12所述的方法，包括向每個第一和第二SPD單元提供單個SPD和可調(diào)光學(xué)元件，并且調(diào)整所述可調(diào)光學(xué)元件，從而控制對應(yīng)的單個SPD對不同波長的光的探測。
14.按照權(quán)利要求12所述的方法，包括通過有選擇地激活與所述光纖鏈路光學(xué)耦接的第一和第二激光源，產(chǎn)生第一和第二對光脈沖。
15.按照權(quán)利要求12所述的方法，包括分別向每個第一和第二SPD單元提供專用于探測第一和第二波長的第一和第二SPD。
16.按照權(quán)利要求15所述的方法，其中有選擇地激活SPD單元中的SPD包括向每個SPD單元中的第一和第二SPD提供相應(yīng)的第一和第二選通脈沖，所述第一和第二選通脈沖分別被計時為第一和第二組的多對光脈沖的預(yù)期到達時間。
17.按照權(quán)利要求12所述的方法，包括當?shù)谝缓偷诙M的多對光脈沖從第二QKD站返回時，在第一QKD站中多路分解它們。
18.按照權(quán)利要求12所述的方法，還包括組合來自每個SPD的SPD測量結(jié)果，形成原始密鑰。
全文摘要
公開了抑制雙向量子密鑰分發(fā)(QKD)系統(tǒng)(10)中后向散射光的有害探測的系統(tǒng)和方法。所述系統(tǒng)包括第一QKD站(Bob)，第一QKD站具有以不同的波長發(fā)光的激光源(L1、L2、L3、…)，和兩個或者更多的單光子探測器(SPD)單元(128、138)。在雙向QKD系統(tǒng)中，后向散射光一般由較強的輸出光脈沖(Pn′，Pn″)在連接第一和第二QKD站(Bob和Alice)的光纖鏈路(FL)中產(chǎn)生。為了避免后向散射光干擾從第二QKD站返回第一QKD站的光脈沖的探測，在順序激活SPD單元中的各對SPD(130，140；132，142；134，144)的時候，控制器(66)順序激活不同的光源。
文檔編號G02F1/335GK1989447SQ200580025415
公開日2007年6月27日 申請日期2005年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月28日
發(fā)明者艾麗克塞·特里弗諾弗, 安通·扎弗里耶夫 申請人:Magiq技術(shù)公司