基于误码率的qkd系统探测器自动校准的制作方法

专利名称：基于误码率的qkd系统探测器自动校准的制作方法
技术领域：
本发明涉及量子密码学领域，并在量子密码学领域具有工业实用 性，尤其涉及自动校准量子密钥分发(QKD)系统，以保持最佳系统 性能的设备和方法，并在所述设备和方法方面具有工业实用性。
背景技术：
量子密钥分发(QKD)涉及通过利用通过"量子信道"传送的弱 的(例如平均0.1光子)光学信号("光子信号")，在发送者("Alice") 和接收者("Bob")之间确定密钥。密钥分发的安全性建立在处于未
知状态的量子系统的任何测量都将改变其状态的量子力学原理的基 础上。从而，试图截取或者以其它方式测量光子信号的偷听者("Eve")
将在传送的信号中引入误差，从而暴露她的存在。
量子密码学的普遍原理首先由Bennett和Brassard在他们的论 文"Quantum Cryptography: Public key distribution and coin tossing", Proceedings of the International Conference on Computers, Systems and Signal Processing, Bangalore, India, 1984， pp.175-179
(IEEE, New York, 1984 )，以及在Bennett等在论文"Experimental Quantum Cryptography", J. Cryptology, ( 1992) 5:3-28中阐明。 在Bennett的美国专利No.5307410中说明了一个具体的QKD系统
('410专利)。
上面提及的出版物和'410专利都描述了一种所谓的"单向"QKD 系统，其中Alice随机编码光子信号的偏振或相位，Bob随机测量光 子信号的偏振或相位。'410专利中描述的单向系统基于两个光纤 Mach-Zehnder干涉仪。Alice和Bob可以访问干涉系统的各个部分， 以致都能够控制干涉仪的相位。从Alice发给Bob的信号(脉沖)是时分多路复用的，并且沿不同的路径而行。从而，在传输期间，干涉 仪需要被主动稳定，以便补偿热漂移。
Gisin的美国专利No.6438234 (，234专利)公开一种基于自动补 偿干涉仪的所谓的"双向"QKD系统。已知这种干涉仪将被补偿偏振 和热变化。从而，与单向QKD系统相比，，234专利的双向QKD系 统对环境影响不太敏感。
当操作商用QKD系统时，多个变量需要在时间上被对准，随后 保持对准状态，以便获得最佳的系统性能。例如，在商用QKD系统 中，利用来自控制器的选通信号选通一个或多个单光子探测器(SPD )， 以使光脉沖的探测与预期的脉冲到达时间同步。但是， 一旦系统被建 立，由于各种系统和环境因素的缘故，定时发生漂移。这导致光子计 数下降，而光子计数的下降又导致系统的传输速率的降低，以及误码 率(BER)的增大一即，不是最佳的系统性能。
虽然实验室和原型QKD系统可被调整，以考虑到在完全受控和 人为条件下的系统漂移，不过在现场进行必需的调整，以保持商用 QKD系统的最佳或接近最佳性能仍然是一项使人非常畏缩的工作。 另外，不同于实验室或原型QKD系统，商用QKD系统的最终用户 期望他们的QKD系统将在操作人员很少干预的情况下，自动以最佳 的状态运4亍。

发明内容
本发明的第一方面是一种自动校准具有两个操作上耦接的编码 站的QKD系统的方法，其中编码站之一包括操作上与控制器耦接的 一个单光子探测器(SPD)单元。所述方法包括通过从控制器向SPD 单元发送探测器选通信号(S3)，并在第一定时范围Rl内改变探测 器选通信号的到达时间T，进行探测器选通信号定时扫描。所述方法 还包括确定探测器选通信号的最佳定时TMIN，所述最佳定时T旭N对 应于当在QKD系统的编码站之间交换光子信号时的最佳BER(例如， 最小BER， BERMIN)。所述方法还包括通过在围绕TMm的第二定时范围R2内改变到达时间T,进行探测器选通信号定时抖动，以使BER 保持在最佳值，比如保持在最小BERMIN。
本发明的第二方面包括进行探测器选通信号宽度扫描，获得最佳 的探测器选通信号宽度W證N，另外还进行探测器选通信号宽度抖动， 以使探测器选通信号保持在最佳信号宽度或其附近。
本发明的第三方面是一种在量子密钥分发(QKD)系统中交换 密钥的方法，所述QKD系统具有两个编码站，以及操作上与编码站 之一中的控制器耦接的一个SPD单元。所述方法包括在QKD系统中 的编码站之间交换光子信号，从而确定误码率(BER)。所述方法还 包括通过在探测器选通信号到达时间T的范围内，从控制器向SPD 单元发送探测器选通信号，进行第一探测器选通信号定时扫描，从而 确定与第一最佳BER对应的第一最佳到达时间TMIN。所述方法还包 括当确定第一TMm时，终止第一探测器选通信号定时扫描，随后进行
第一探测器选通信号定时抖动。通过控制器在围绕第一T磁N的到达时
间范围R2内，变更(最佳)探测器选通信号的到达时间T，以便在 范围R2内保持第一最佳BER(比如说，BERMIN)，或者不同的最佳 BER(比如说，BER'MIN)，实现第一探测器选通信号定时抖动。可 选的是，所述方法包括进行探测器选通信号宽度扫描和信号宽度抖 动，以确定和保持对应于最佳BER的最佳探测器选通信号宽度WMIN。 本发明的第三方面是上面刚刚说明的本发明的第二方面的方法 的继续，其中进行探测器选通信号定时抖动产生新的最佳到达时间 T'MIN。本发明的第三方面的方法包括终止探测器选通信号抖动，进行 第二探测器选通信号定时扫描，终止该第二扫描，随后进行第二探测
器选通信号定时抖动，以自动重新确定位于最佳BER或其附近的误 码率，从而确定最佳(或接近最佳)的系统性能。 下面更详细地说明本发明的这些和其它方面。


图1是适合于实现本发明的方法的双向QKD系统的例证实施例；
图2是图解说明探测器自动校准方法的例证实施例的流程图，该 方法包括探测器选通信号的定时的扫描和抖动，可选的是还包括扫描
和抖动探测器选通信号宽度，以优化交换光子信号时的BER;
图3是表示如图1中所示的QKD系统的单光子探测器选通信号 定时扫描的例证曲线图，其中Y轴为BER， X轴是探测器选通信号 S3的定时(到达时间)T;和
图4是探测器选通信号的定时图，所述定时解说明与可选地 扫描和抖动探测器选通信号宽度W,以确定最佳信号宽度WMIN相关 的定时范围。
附图中描绘的各个元件仅仅是代表性的，不必按比例绘制。其某 些部分可能被放大，而其它部分可能被最小化。附图意解说明本
具体实施例方式
本发明涉及进行QKD系统的自动校准，以保持最佳的系统性能 的方法。特别地，本发明涉及进行探测器选通信号扫描，以确定最佳 的探测器选通信号位置(定时)，以及进行探测器选通信号定时抖动， 以便在QKD系统的工作期间，保持探测器选通信号的最佳定时。这 导致QKD系统中的最佳光子信号探测(即，数目最大的光子信号计 数)，所述最佳光子信号探测一般对应于整个QKD系统的最佳操作。
在一个例证实施例中，本发明由程控控制器执行，以致能够在操 作人员不进行干预的情况下，使系统保持在理想或接近理想的状态下 工作。对于商用QKD系统来说，这样的自动校准是重要的。
本发明适用于使用偏振编码或相位编码的，以及使用 一个或多个 单光子探测器的单向、双向、环形布局和n向QKD系统。下面在于 利用相位编码和一个具有两个探测器的单光子探测器单元的双向 QKD系统的例证实施例，说明本发明。QKD系统的这种选择只是为 了便于举例说明本发明的方法，并不意图限制本发明。另外，在下面的说明中，"选通信号，，是激活该信号被发往的元件
的信号，其中元件的激活对应于该信号的持续时间(宽度w)。从而，
探测器选通信号持续探测器选通信号的持续时间(宽度W )激活SPD 探测器单元，其中所述激活起始于信号的前沿，结束于信号的后沿。 就脉冲激光器来说，在激光器选通信号的宽度内的某一点(比如说， 在选通信号的上升沿)，激光器选通信号从激光器产生光脉冲。所得 到的光脉冲可具有比激光器选通信号的宽度小的光信号宽度。
另外，在下面的讨论中，激光器产生用于在QKD系统的两个编 码站之间交换密钥，以及确定BER的光脉冲。在一个优选实施例中， 在离开激光器之后，光脉冲被衰减，从而形成平均具有一个光子或更 少光子的量子脉沖(下面称为"光子信号，，)。从而，在下面的说明以 及在权利要求中，短语"激光器产生的光子信号，，和类似短语被理解成 包括其中激光器产生稍后被衰减(例如，借助可变衰减器)，从而形 成光子信号的较强光脉冲的情况，以及其中激光器是单光子源或者被 包括在单光子源中的情况。
另外，这里使用的术语"最小BER，，通常指的是以例如利用标准 BER测量和BER校正程序测量QKD过程中的误码率为基础的指标 值。
QKD系统实施例
图1是本发明的方法适合于的折叠式QKD系统200的例证实施 例的示意图。系统200包括操作上耦接的两个密钥编码站发射/接收 站Bob和反射站Alice,下面简称为"Bob，，和"Alice"。
Bob
继续参见图1， Bob包括发出光脉冲204的激光器202。在例证 实施例中，激光器202是激光二极管，并且包括背光监视器(BFM) 203。激光器202与时分多路复用/时分多路分用光学系统206耦接， 所述光学系统206具有输入端208A、输入/输出端208B和探测器输出 端208C。光学系统206在输入端208A接收输入光脉冲204,将每个 脉冲分成两个时分多路复用的正交偏振的光脉冲Pl和P2，并在输入/输出端208B输出它们。同样地，光学系统206也在输入/输出端208B 接收光脉沖，如下所述。
操作上，单光子探测器(SPD)单元216在探测器输出端208C 与光学系统206耦接。在一个例证实施例中，SPD单元216包括两个 SPD 216A和216B。这里SPD单元216也被称为"探测器"。调相器 (PM) 220操作上与光学输入/输出端208B耦接(例如通过光纤)。 光纤240在PM 220连接Bob和Alice。
Bob还包括操作上与激光器202、 BFM 203、 SPD单元216和 PM 220耦接(例如，电连接)，以便如下所述控制这些元件的操作 的控制器248。在一个例证实施例中，控制器248是或者包括能够执 行保存在计算机可读介质250上的指令(例如，"软件，，)的可编程计 算机。在一个例证实施例中，保存在计算机可读介质250上的指令包 括如下所述的按照本发明的方法。
Alice
Alice包括与光纤240连接的可变光学衰减器(VOA) 264。调 相器(PM) 266^f皮安排在VOA 264的下游，并且操作上与VOA 264 光学耦接。法拉第镜270被安排在PM 266的下游，并且操作上与PM 266光学耦接。
Alice还包括操作上与PM 266和VOA 264耦接(例如电连接) 的控制器288。在一个例证实施例中，控制器288包括能够执行保存 在计算机可读介质289上的指令(例如"软件")的可编程计算机。在 一个例证实施例中，保存在计算机可读介质289上的指令包括如下所 述的按照本发明的方法。
控制器248和288通过同步链路290链接(例如，电连接或光学 连接)，以使Alice和Bob的操作同步。特别地，当改变Alice和Bob 之间的量子密钥时，控制器248和288分别针对激励光脉沖204，利 用选通信号S0、S2、S3和Sl，控制和协调激光器202、调相器220 266、 SPD单元216的操作。从而，在一个例证实施例中，控制器248和288 被认为构成QKD系统的单一控制器。QKD系统操作
继续参见图1,在系统200的操作中，激光器选通信号SO由控 制器248发给激光器202，以便产生光脉沖204。光脉冲204随后被 时分多路复用/多路分用光学系统206分成两个独立的脉冲Pl和P2。 在一个例证实施例中，脉沖Pl和P2是较弱的脉冲，不过可以是稍后 在返回Bob之前，在Alice被衰减的强脉冲。光脉冲Pl和P2从光学 系统输入/输出端208B传给PM220， PM220被选通，从而允许脉冲 未调制地通过PM 220。脉沖Pl和P2随后通过光纤240传给Alice。 脉沖Pl和P2继续传播到VOA 264， VOA 264可酌情衰减脉冲。脉 冲随后通过PM 266，并被法拉第镜270反射，随后第二次通过PM 266。
在脉冲Pl和P2任意一次通过PM 266期间，PM调制脉冲之一 _比如说P1—从而形成调相脉冲Pl'。这可通过当脉冲Pl经过PM 266时，由控制器288发送短时间(即，小于脉沖之间的时间间隔) 激励PM 266的时机正好的选通信号Sl来实现。脉沖Pl和P2随后 返回通过VOA 264， VOA 264可酌情衰减脉冲，以保证在Bob和Alice 之间交换光子信号(即，平均光子数为1或更小的光脉冲)。
脉冲随后以光子信号的形式返回给Bob，并传给PM 220。 PM 220 随后被指令利用选择调相值之一任意调制脉冲之一一比如说剩余的 未调制脉沖P2—从而形成调制脉沖P2，。这可通过由控制器248向PM 220提供在脉冲P2经过PM 220的短时间内，激励调相器的时机正好 的选通信号S2来实现。
调制的脉冲Pl'和P2，继续传播到光学系统206。光学系统206 组合脉冲，从而形成组合脉沖P3，组合脉冲P3被引出探测器输出端 208C，到达SPD单元216。 SPD单元21接收组合脉冲P3。 SPD 216A 和216B由探测器选通信号S3选通，从而，只持续和探测器选通信号 的宽度(即，选通间隔)相同的时间处于有效状态。如果在探测器选 通间隔内，组合脉冲P3到达SPD之一，那么SPD单元216向控制器 248输出与分别由PM 266和206给予脉冲Pl P2的相对相位对应的信号。在一个例证实施例中，探测器216A和216B之一接收干涉脉冲 P3,这取决于干涉是建设性的还是破坏性的。如果给予的相位既不是 建设性的，也不是破坏性的，那么脉冲P3以相同的概率到达(wind up ) 任意SPD。
一旦交换了所需数目的光子信号，通过利用标准技术一例如 Alice和Bob公开地比较他们的测量基础，并且只保持与相同的测量 基础对应的测量(比特)，得出密钥。这形成移位密钥。随后，如在 Bennett等的上述论文"Experimental quantum cryptography"的第 8-10页中所述，移位密钥中的比特位置(bit position )被改变次序， 并且改变次序的密钥被分成多个块。Alice和Bob随后关于奇偶性测 试每个块，并识别和丟弃错误的比特。重复该处理，直到移位密钥中 的错误的数目令人满意地减少或者消除，从而确定保密的量子密钥。 该过程也便于确定BER，并在本发明的一个例证实施例中用于按照下 面^兌明的方法确定BER。
由于正被交换的光子的量子特性，光纤240上Eve截取或以其 它方式试图测量正在Bob和Alice之间传送的弱光脉冲的偷听行动必 然将在密钥中引入错误。但是，比特误差也起因于噪声(例如，探测 器暗电流)或者起因于系统未被正确地校准。例如，如果激光器202 的激励定时或者SPD单元的选通定时不是最佳，那么将不在正确的时 间发送或探测脉冲204，这将增大BER。
维持最佳的系统操作的方法
图2是本发明的维持图1的QKD系统200的最佳系统操作的方 法的流程图302。该方法涉及按照下面说明的方式进行探测器选通扫 描和探测器选通抖动。
在312中，通过指令光源202发出光脉冲，以致能够从Bob向 Alice发送时分多路复用光脉沖Pl和P2，控制器248启动密钥交换过 程。该过程包括控制器228指令PM 266对脉冲之一调相，4吏脉冲传 回Bob，调制剩余的脉冲，组合调制的脉冲，并在SPD单元216中检 测组合脉冲P3，如上所述。持续足以确定BER的时间进行密钥交换过程。
值得注意的是在SPD单元216包括两个探测器216A和216B的 情况下，在SPD单元中发生的漂移(例如，热漂移)基本相同程度地 影响SPD 216A和216B,以致这两个SPD—起漂移通常是一个合适 的假定。从而，在一个例证实施例中，探测器选通信号S3用于选通 SPD216A和216B。
在314，执行探测器选通扫描。图3是如图1中所示的QKD系 统的探测器选通扫描的例证曲线图，其中Y轴是BER， X轴是探测 器选通信号S3的定时(到达时间)T。执行探测器选通扫描涉及在选 择的定时值范围Rl内改变探测器选通信号S3的定时(例如，到达时 间T)，从而确定最佳选通信号定时(到达时间)TMIN，所述TMIN 产生由SPD单元216中的计数产生的最佳误码率BERMIN。
图4是探测器选通信号的定时图。在探测器选通扫描的例证实施 例中，在315中，可选地，还在选择的宽度范围RW1内改变("扫描，，) 探测器选通信号宽度W,以确定产生最佳(例如最小)的误码率 BERMIN的最佳探测器选通信号宽度WMIN。
一旦T腿N和最佳误码率BERivnN被确定，那么过程进入316，在 316中，探测器选通信号定时扫描(或者宽度扫描)被终止(即，被 关闭)。
在318中，进行探测器选通信号定时抖动。这涉及在围绕最大到 达时间TM^的选择定时范围R2内反复少量地改变探测器选通信号S3 的定时(例如，到达时间T)。如果需要，那么将到达时间T从其初 始最佳值T固N改变为新的最佳值T'MIN,以使误码率BER维持在最 小值BERMIN (或者另一方面，改变为新的最小误码率BER'MIN)。 注意，选择范围R2小于Rl (即，R2<R1)，并且被选择成围绕在 TMm周围的较小范围。
探测器选通信号定时被抖动，直到它收敛到光子计数的最小(或 者接近最大)数目为止。从而，在单光子探测器216A和216B的正常 操作期间，探测器选通信号抖动过程保持高的单光子灵敏度。在一个说明书第10/11页
例证实施例中，周期性地，例如每秒进行探测器选通信号抖动。这种 速率正比于接收的单光子计数的数目。
在一个例证实施例中，在319中，执行可选的探测器选通信号宽 度抖动，其中在围绕最佳信号宽度W陋N的小范围RW2(RW2<RW1 ) 内抖动宽度W。
在320中，给出通过启动另一探测器选通信号定时扫描，进行探 测器选通信号S3的自动校准的选择。如果需要这样的自动校准，或 者认为这样的自动校准是必需的，那么方法进入322。在322，探测 器选通信号定时或宽度抖动被关闭，过程返回314的探测器选通信号 定时扫描，或者315的探测器选通信号宽度扫描，从而执行探测器选 通信号定时和/或探测器选通信号宽度的更新校准，以找出新的最佳到 达时间T固N和/或最佳信号宽度WMIN。由于多种原因，比如发现环境 方面的变化，或者由于正常的系统漂移，可能需要进行这种更新校准。 在一个例证实施例中，当出现任意下述条件时进行探测器自动校准 a )光子计数水平的变化超出统计极限，b )发生大于预定量，比如0.5°C 的环境温度变化，c)光路具有不同于事件a)的变化结构(比如通过 开关网络元件)，如同在光子计数水平变化之前将发送待决事件的消 息中一样，d)由于已知的温度日循环，每天按时地进行自动校准， 和e)固定时间地，比如每小时进行自动校准，而不论需要与否。
由于探测器选通抖动和探测器选通扫描会相互干扰，因此在进行 探测器选通扫描之前，需要关闭探测器选通抖动。具体地说，在探测 器选通扫描试图平滑地(即，递增地)增大单光子探测器选通信号的 定时或宽度的时候，探测器选通抖动试图在较小的增量范围内来回调 整变量，以便保持光子计数的最大数目。于是，这两个竟争过程会产 生假性结果。从而，在304的探测器选通信号定时扫描期间的探测器 选通信号参数的扫描和更新之后，探测器选通信号定时抖动被自动地 (或者另一方面，手动地)重新打开。对探测器选通信号宽度扫描和 抖动同样如此。
如果不需要进行自动校准，那么在324中，该方法返回(或者停留在)18的探测器选通信号定时抖动模式或者319的探测器选通信号 宽度抖动模式。周期性的探测器选通信号定时抖动过程通常导致TMIN 的值轻微变化，以便保持最小误码率BERMIN，或者另一方面，使误 码率保持在新的最小值BER，Mw、 BER"Mm等等。为了清楚和简洁起 见，在本发明中，"最小误码率，，可意指BERMIN、 BER'MIN、 BER'，MIN 等等。同样地，"最佳到达时间T固n"可变化，从而在本发明中可意指 Tmin、 T'min、 T"Mm等等。就探测器选通信号宽度抖动过程和WMIN 来说同样如此。
在一个例证实施例中，本发明的上述方法被包含在计算机可读介 质250和289至少之一中，并由控制器248和288至少之一执4亍，以 便在QKD系统200中执行该方法。
在一个例证实施例中，本发明的一个或多个方法被包含在计算机 可读介质250和289至少之一中，并由控制器248和288至少之一执 行。
权利要求
1、一种自动校准量子密钥分发(QKD)系统的方法，所述QKD系统具有操作上耦接的编码站和其中一个编码站中的单光子探测器(SPD)单元，所述方法包括a)通过向SPD单元发送探测器选通信号，并在第一范围R1内改变探测器选通信号的到达时间T，执行探测器选通信号定时扫描，从而确定最佳到达时间TMIN，所述最佳到达时间TMIN对应于在两个编码站之间交换的光子信号的最佳误码率(BER)BERMIN；和b)通过在围绕TMIN的第二范围R2内改变到达时间T，执行探测器选通信号定时抖动，以使BER保持在BERMIN或其附近。
2、 按照权利要求1所述的方法，包括终止探测器选通信号定时抖动，并执行另一探测器选通信号定时扫描。
3、 按照权利要求1所述的方法，其中QKD系统包括可编程控 制器和计算机可读介质，其中探测器选通信号由控制器提供，其中所述方法嵌入在计算机可读介质中，以致控制器能够指令 QKD系统执行动作a )和b )。
4、 按照权利要求1所述的方法，包括通过在第一宽度范围RW1内改变探测器选通信号的宽度W,执 行探测器选通信号宽度扫描，以确定与最佳误码率对应的最佳宽度 WMINo
5、 按照权利要求4所述的方法，包括通过在第二宽度范围RW2内改变宽度W，执行探测器选通信号 宽度抖动，其中RW2〈RW1，以使探测器选通信号宽度保持在最佳宽度Wmhv或其附近。
6、 一种其中嵌入有指令的计算机可读介质，所述指令指引具有 探测器单元的量子密钥分发(QKD )系统中的计算机执行下述自动校 正QKD系统的方法a)通过向激光器发送探测器选通信号，并在第一范围Rl内改 变探测器选通信号的到达时间T，执行探测器选通信号定时扫描，从 而确定最佳到达时间TMIN，所述最佳到达时间T腿n对应于最佳误码 率(BER) BER画。
7、 按照权利要求6所述的计算机可读介质，还包括其中嵌入的指引计算机通过在围绕Tmw的第二范国R2内改变探测器选通信号的到达时间T,执行探测器选通信号定时抖动，从而使BER保持在最 佳误码率BERmw或其附近的指令，其中R2〈R1。
8、 按照权利要求6所述的计算机可读介质，其中最佳误码率 BER画是最小BER。
9、 一种在具有操作上与控制器耦接的单光子探测器(SPD)单 元的量子密钥分发(QKD)系统中交换密钥的方法，所述方法包括在QKD系统中的编码站之间交换光子信号，以确定误码率 (BER);通过在到达时间T的范围内，从控制器向SPD单元发送探测器选通信号，执行第一探测器选通信号定时扫描；确定与第 一最佳误码率BERMIN对应的探测器选通信号的第 一最 佳到达时间TMINo
10、 按照权利要求9所述的方法，包括 当确定第一tm^时，终止第一探测器选通信号定时扫描；和通过控制器在围绕第一TMm的到达时间范围R2内，变更到达时 间T，执行第一探测器选通信号定时抖动，以使BER保持为BERMIN， 或者保持为不同的最小误码率BER，MIN。
11、 按照权利要求10所述的方法，其中执行探测器选通信号定 时抖动产生与误码率BER'Mm相关的新的最佳到达时间T'MIN。
12、 按照权利要求IO所述的方法，还包括 终止第一探测器选通信号定时抖动的执行； 执行第二探测器选通信号定时扫描； 终止第二探测器选通信号定时扫描；和 执行第二探测器选通信号定时抖动。
13、 按照权利要求9所述的方法，还包括通过在第一宽度范围RW1内改变探测器选通信号的宽度W，执 行探测器选通信号宽度扫描，从而确定与最佳BER对应的最佳宽度 W麗。
14、 按照权利要求13所述的方法，还包括 通过在第二范围RW2内改变宽度W，执行探测器选通信号宽度抖动，从而使探测器选通信号宽度保持在对应于最佳BER的最佳宽 度WMm或其附近，其中RW2〈RW1。
15、 一种具有嵌入其中的指令的计算机可读介质，所述指令指引 量子密钥分发(QKD)系统中的适合于控制QKD系统操作的计算机 执4亍下述自动校准QKD系统的方法通过在QKD系统中的操作上耦接的编码站之间发送光子信号， 确定误码率(BER)，其中一个编码站包括由具有到达时间T的探测 器选通信号选通的单光子探测器(SPD);通过在到达时间的范围Rl内改变到达时间T，执行第一探测器 选通信号定时扫描，以确定与第一最小误码率BERMm对应的第一最 佳到达时间TMIN;当确定第一TMm时，终止第一探测器选通信号定时扫描；和 通过在围绕第一TMm的到达时间的范围R2内，变更到达时间T, 执行第一探测器选通信号定时抖动，以便a)保持第一最小误码率 BERMIN，或者b)确定不同的最小误码率BER，M!N，其中R2<R1。
16、 一种自动校准量子密钥分发(QKD)系统的方法，所述QKD 系统具有操作上耦接的编码站，同时其中一个编码站具有操作上与控 制器耦接的单光子探测器(SPD)单元，所述控制器适合于向SPD单 元提供探测器选通信号，所述方法包括在QKD系统中的编码站之间交换光子信号，以确定误码率； 通过改变探测器选通信号的到达时间T,执行探测器选通信号定 时扫描，从而确定与最佳误码率BERMm对应的最佳到达时间TMIN;和围绕TV頻抖动到达时间T，从而a)使误码率保持在第一最佳误 码率BER磁N或其附近，或者b)确定第二最佳误码率BER'旭jv。
17、 按照权利要求16所述的方法，其中探测器选通信号具有宽 度W，还包括通过在宽度范围RWl内改变宽度W，执行探测器选通 信号宽度扫描，从而确定最小误码率。
18、 一种自动校准具有操作上耦接的编码站的量子密钥分发 (QKD)系统的方法，其中一个编码站包括操作上与控制器耦接的单光子探测器(SPD)单元，所述控制器适合于借助探测器选通信号选 通SPD单元的操作，所述方法包括执行探测器选通信号定时扫描，以确定探测器选通信号的最佳到 达时间，所述最佳到达时间与当在编码站之间交换光子信号时的最佳误码率对应；终止探测器选通信号定时扫描；和通过围绕最佳到达时间值改变探测器选通信号的到达时间，执行 探测器选通信号定时抖动，从而使误码率保持在最佳误码率或其附 近。
19、 按照权利要求18所述的方法，其中最佳误码率是最小误码率。
20、 按照权利要求18所述的方法，其中探测器选通信号具有宽 度W，还包括调整探测器选通信号宽度，使误码率保持在最佳误码率 或其附近。
全文摘要
公开一种自动校准量子密钥分发(QKD)系统(200)中的单光子探测器(SPD)单元的方法。所述方法包括交换光子信号(P1、P2)，以确定误码率(BER)。所述方法还包括进行改变信号到达时间(T)的探测器选通信号定时扫描(314)，以确定和最佳(例如最小)BER对应的最佳到达时间(T_MIN)。随后抖动(318)探测器选通信号(S3)的定时。这涉及围绕最佳到达时间改变探测器选通信号到达时间，以保证QKD系统以最佳BER(BER_MIN)或接近最佳BER(BER_MIN)工作。
文档编号H04K1/00GK101558590SQ200680020401
公开日2009年10月14日 申请日期2006年4月13日 优先权日2005年4月20日
发明者乔纳桑·杨 申请人:Magiq技术公司