专利名称：多路复用qkd信道的系统和方法
技术领域：
本发明涉及量子密码学并具有工业实用性，具体地说，涉及将QKD系统的不同信道多路复用到单根光纤上并具有相关的工业实用性。
背景技术：
量子密钥分配涉及通过使用在“量子信道”上传输的弱(例如，平均0.1光子)脉冲光信号在发送者(“Alice”)和接收者(“Bob”)之间建立密钥。密钥分配的安全性是基于对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。因此，试图截断或者以其他方式测量量子信号的偷听者(“Eve”)将向传输信号中引入差错并暴露她的存在。
量子密码学的一般原理最初是由Bennett和Brassard在他们的文章“Quantum CryptographyPublic key distribution and cointossing，”Proceedings of the International Conference on Computers，Systems and Signal Processing，Bangalore，India，1984，pp.175-179(IEEE，New York，1984)中阐述的。在授予Bennett的美国专利No.5,307,410以及C.H.Bennett的文章“Quantum Cryptography UsingAny Two Non-Orthogonal States，”Phys.Rev.Lett.68 3121(1992)中描述了具体的QKD系统。在Bouwmeester等人所著的“The Physics ofQuantum Information，”Springer-Verlag 2001，第Section 2.3，第27-33页中记载了用于执行QKD的一般过程。
QKD系统的性能可能因由三种不同机理产生的光子形式的噪声而下降。第一种机理是前向喇曼散射，其中产生频移光子并与量子信号光子一同传播。因为从高功率信号到单光子波长的能量转移，所以光纤中的喇曼散射会限制可被输入单根光纤的功率。
第二种机理是喇曼后向散射，其中产生频移光子并在与量子信号光子相反的方向上传播。
第三种机理是瑞利散射，其中光子在与量子信号光子相反的方向上被弹性散射。
光纤中的光散射——具体地说前向喇曼散射——在多路复用QKD系统的多个信道时会带来问题，起因是它在检测过程中产生的噪声。
已经提出了两种简单的解决方案来克服在将不同信道合并到单根光纤上时的光散射效应。第一种方案是将一根光纤用于公共讨论信道，也可能是同步信道，而将第二光纤用于量子信道。第二种方案是限制光纤长度，以便减少输入功率。这样在距离较短的情况下散射功率转移率变低。这两种方案虽然简单，但都不是那么有吸引力，因为它们不是特别有鲁棒性，不适于商业上可行的QKD系统。
关于多路复用与QKD有关的不同信道的现有技术包括美国专利No.6,438,234(′234专利)。在′234专利中，同步信号与量子信道时间复用。现有技术还包括美国专利No.5,675,648(′648专利)。′648专利提出了让量子信道和公共信道具有“公共传输介质”(即，光纤)的理论，其中公共信道也传送校准信号。
然而，现有技术没有解决组合相对强的公共和同步信道与超弱量子信道的难题。具体地说，′648专利没有解决如何将公共信道与量子信道多路复用在“公共传输介质”中，而不干扰检测与量子信道相关的单光子。
另外，在′234专利中，需要实施采样-保持类型的锁相环，以在单光子上工作时保持同步定时。但是，复用同步和量子信道的难度要小于复用公共(数据)信道和量子信道的任务。′234专利没有解决在同一光纤上传输公共信道和量子信道的问题。
在Journal of Modern Optics，2001，vol.48，no.13，pp.1957-1966中出版的、由P.A.Hiskett，G.Bonfrate，G.S.Buller和P.D.Townsend所著的出版物“Eighty kilometer transmission experiment using anInGaAs/InP SPAD-based quantum cryptography receiver operatingat 1.55um”提出了一种合并同步和量子信道的方法。来自发射激光器的光被分割成量子信号和同步信号。在一根独立的光纤上发送同步信号，一旦进入接收器，该同步信号被掺铒光纤放大器(EDFA)放大。在放大后的光信号被转换为电信号后，该电信号被用于门控接收器的检测器。
希望将10MHz的以太网公共讨论流量(即，公共信道)波长复用到与同步和量子信道相同的光纤上。然而，必须显著减少以太网公共信道信号的光功率，以防止散射和其他这样的降低检测信道的能力的干扰。不幸的是，减小公共信道功率导致任何QKD系统在令人满意的距离或跨度上出现公共信道让人难以接受的低信噪比。虽然使用光纤放大器(例如掺铒光纤放大器或EDFA)可以增大光信号的幅度并且消除对窄带光纤的需要，但是它的输出仍然具有很低的信噪比。
发明内容
本发明包括用于多路复用量子密钥分配(QKD)系统的两个或更多信道的系统和方法。所述系统和方法可使公共信道的检测噪声减少，从而允许使用较弱的公共信道信号。使用较弱的公共信道信号使得商业可行的QKD系统可将公共信道与量子信道和/或同步信道多路复用到同一光纤上。
本发明的一个方面是包括以下步骤的方法使光公共信道信号变为归零(RZ)格式并且就在它被检测之前放大该信号。该方法还包括精确地门控检测器，以与检测的(电)公共信道信号中的脉冲的预期到达时刻重合，从而减少检测噪声。该方法还包括形成包括与电公共信道信号锁频的脉冲列的第一信号，然后向第一信号施加可选择的延迟，使得第一信号(在时间上)与电公共信道信号重合。然后，第一信号被用于门控检测器。
该方法可显著减少与公共信道的检测相关的噪声，这样就允许使用较弱的公共信道信号。正是较弱公共信道信号的使用才使得可在单根光纤上多路复用公共信道与量子信道和/或同步信道。
该方法通常可用于检测弱化的以太网信号，否则很难检测这样的信号。
本发明的另一个方面是在连接第一和第二量子密钥分配(QKD)站(Alice和Bob)的光纤上组合第一波长的公共信道信号(SP1)和第二波长的量子信道信号(SQ)的方法。该方法包括提供归零(RZ)格式的信号SP1，以及多路复用信号SP1和SQ并从Alice传输到Bob。该方法还包括在Bob处解波长复用信号SP1和SQ，并且光放大信道SP1以形成光放大信号SP1*。该方法还包括检测信号SP1*以产生公共信道电信号SP2，并且由该信号形成信号PN1′，信号PN1′包括与信号SP2锁频并且与之(在时间上)重合的电脉冲。最后，该方法包括使用信号PN1′来门控对信号SP1*的检测。
图1是为了在同一光纤上有效地与量子信道和/或同步信道一起传输公共信道，与QKD系统的QKD站一起使用的发射器-接收器(T-R)系统的示意图；图2是具有两个QKD站Alice和Bob的QKD系统的示意图，示出了如何在QKD系统中使用T-R系统，其中Alice具有发射器T1和接收器R2，Bob具有发射器T2和接收器R1，使得用T1-R1和T2-R2实现在公共信道上的双向通信。
在附图中描绘的不同元件只是代表性的，而不一定是按比例绘制的。其中某些部分可能被夸大，而其他部分可能被最小化。附图旨在图示说明本发明的多种实施方式，本领域的普通技术人员可以理解并恰当实施这些实施方式。
具体实施例方式
本发明涉及量子密码学，具体地说涉及允许QKD系统的选择信道，例如公共讨论信道、同步(“sync”)信道和/或量子信道被多路复用到单根光纤上的系统和方法。在这里的讨论中，量子信道传送量子信号，它是单光子光脉冲。术语“单光子”意在包括平均具有一个光子或更少的光脉冲。
这里讨论的同步信道传送同步数据(信号)，可选地传送校准数据(信号)，该校准数据实现一般被表示为Bob和Alice的两个QKD站之间的协同操作。
另外在以下讨论中，术语“信号”和“脉冲”以可互换的方式使用，这对本领域的技术人员是显而易见的。另外，术语“公共信道信号”和“量子信号”每一个都被理解为包括一个或多个脉冲，例如一个脉冲列。
对于商用QKD系统，非常希望使用现有的光纤传送QKD站之间的QKD信道中的两个或更多信道。本发明使得在一般与商业可行的QKD系统相关的相对长的光纤(例如50km到100km)上能够传送全部的上述三条信道。
注意，在典型的QKD系统中，两个QKD站被称为“Alice”和“Bob”，在一个方向上，即从Alice到Bob的方向上在QKD信道上发生传输。然而，与以太网公共讨论信道有关，Alice和Bob是完全相同的对等方。即，为了支持公共信道上与以太网有关的协议(例如TCP/IP)，需要双向通信。这又意味着Alice和Bob每一个都含有接收器R和发射器T，下面将会讨论。
QKD系统图1是根据本发明的发射器-接收器(T-R)系统2的实施例的示意图。T-R系统2包括QKD站发射器T，它通过光纤链路FL耦合到QKD站接收器R。图2图示了T-R系统如何作为两个系统T1-R1和T2-R2被合并到QKD系统中，以实现双向公共信道通信，下面会更详细地描述。
发射器T包括三个光源系统L1、L2和L3，它们分别工作在波长λ1、λ2和λ3下。光源系统L1、L2和L3分别被配置为生成相应的量子信号SQ、同步信号SS和公共信道信号SP1。例如，光源系统L3被配置为提供多种格式的公共信道信号SP1，包括归零(RZ)格式。光源系统L1、L2和L3与光纤FL光耦合并经由波分复用器5被波长复用到光纤FL上。
在一个实施例中，发射器T包括RZ编码器6，它从以太网端口EP1接受行业标准的10MHz以太网曼彻斯特编码信号SE。RZ编码器6将信号SE转换为窄的、低占空比脉冲S6。信号S6然后被用于驱动光源系统L3，以产生相对低功率的光公共信道信号SP1，该信号SP1具有10MHz以太网RZ格式。
继续参考图1，接收器R包括解波分复用器8，它光耦合到光纤链路FL。解复用器8被配置为将波长为λ1、λ2和λ3的光信号SQ、SS和SP1分割到分离的光径(例如分离的光纤段)中。与波长为λ1的量子信号和波长为λ2的同步信号SS相关的两个光径用9来表示。与公共信道信号SP1和波长λ3相关的第三光径用10来表示。
注意，在图1中，量子信道和同步信道装置的细节没有示出在发射器T和接收器R中，因为它们对于理解本发明不是重要的，并且建立在现有技术上。
图1的T-R系统2还包括在位于解波分复用器8下游的光径10(例如光纤段10)上的光放大器20，例如掺铒光纤放大器(EDFA)。光放大器20被配置为就在信号SP1进入接收器R之前或之后光学放大光公共信道信号SP1，以形成放大的光公共信道信号SP1*。为了图示方便，光放大器20在图1中被示为在接收器内。
处在光放大器20下游的是有效耦合到光放大器的检测器30(例如PIN光电二极管)和位于检测器30的下游并有效耦合到检测器30的门控元件(“闸门”)40(即，快速导通截止型开关)。闸门40的输出被耦合到滤波器，它在本例中是10MHz窄带滤波器。
滤波器50的输出有效耦合到高速比较器60的一个输入端。比较器60的另一个输入是门限信号ST。比较器60的输出被耦合到多谐振荡器65(例如单稳多谐振荡器)。多谐振荡器65的输出被耦合到可变延时器70，它被有效耦合到延时器的可编程控制器80控制。在一个实施例中，控制器80包括现场可编程门阵列(FPGA)。可变延时器70的输出经由线路72也耦合到闸门40。
可变延时器70的输出之一被连接到乘法器90的一个输入端，而输入线82被耦合到另一个乘法器端口。线路82传送穿过闸门40的公共信道信号(脉冲)SP2，下面将讨论。乘法器90的输出被发送到低通滤波器100的输入，而低通滤波器100的输出被连接到控制器80的输入。控制器80然后控制可变延时器70，该可变延时器70具有一个到闸门40的输出。
如上所述，在本发明的例子中，公共信道信号SP1是被记录为具有极窄RZ脉冲的RZ格式的10MHz以太网曼彻斯特编码数据流。这使得光放大器20的输出只有在RZ脉冲可能存在时才经由可变延时器70被选通(或使能)到乘法器(90)。窄脉冲的存在代表数据位“1”，窄脉冲不存在代表“0”。窄RZ脉冲只发生在以太网10MHz方波边沿上。
对光放大器输出的门控大大减少了公共信道信号检测过程中的噪声。然而，这样的门控要求发生窄RZ脉冲的时隙是已知的。幸好，公共信道信号的频率已知为100PPM(百万分之)内，这与IEEE802.3标准是一致的。该信息被用于以下述方式产生所需的检测器门控信号。
操作方法本发明的一个实施例使用非归零(NRZ)曼彻斯特编码的、行业标准的10MHz以太网信号并使用RZ编码器6将它转换成RZ格式。然后如上所述，在公共信道上发送产生的RZ公共信道信号SP1。公共信道信号SP1经由复用器5与量子和同步信道信号SQ和SC多路复用，并经由光纤链路FL被发送到接收器R。然后，由解复用器8将公共信道信号SP1从量子信号和同步信号(未示出)中解复用出来，并由光放大器20放大以形成放大的公共信道信号SP1*。放大信号SP1*然后被检测器30检测，检测器30将该信号转换成相应的电公共信号SP2。
电公共信号SP2穿过闸门40(下面讨论它的操作)并到达滤波器50(例如10MHz带通滤波器)。滤波器50产生(10MHz)正弦波信号S3，它被锁频到输入的以太网RZ数据(即，电公共信号SP2)。
高速比较器60在“+”输入端接收正弦波信号S3，在“-”输入端接收门限信号ST，并在比较器输出端将信号S3转换成(10MHz)方波信号S4。方波信号S4然后传递到多谐振荡器65，由多谐振荡器65将该信号转换为一列窄的电信号(脉冲)PN1。多谐振荡器65的脉宽优选地等于或略大于穿过闸门40的信号SP2的宽度。
脉冲PN1进入延时器70，该延时器70的延时由可编程控制器80选择性地进行控制。控制器80的任务是向脉冲PN1中注入选择性的延时，使得它们直接落在输入的窄以太网RZ信号SP2的顶上(即，与信号SP2在时间上重合)。为了简化，由延时器70产生的经选择性延时的脉冲列被称为信号PN1′。
来自可变延时器70的信号PN1′在乘法器90处与来自输入线82的输入RZ以太网脉冲(即，电公共信道信号SP2)相乘。乘法器90由这两个乘法器输入信号产生互相关函数信号SC。信号SC通过低通滤波器100被提供给控制器80。在一个实施例中，假设控制器80缓慢地改变延时值，因为快速改变可能会导致闭环不稳定性。控制器只需要一开始获取并随后跟踪输入脉冲列(即，信号SP2)，二者都不需要快速响应。低通滤波器100除去所有高速信息，这些信息没有任何价值并且可能使系统不稳定。另外注意，统计上有一半RZ信号SP2(例如以太网RZ脉冲)丢失(对于逻辑“0”)；需要低通滤波器来“消除”这些间隙。
在一个实施例中，在低通滤波器100和控制器80之间设置模数(A/D)转换器101，以在控制器80是数字设备时由模拟信号SC产生数字信号SC。
基于信号SC中的信息，控制器80经由控制信号S5控制可变延时器70，以形成重合信号PN1′。通过线路72来发送信号PN1′以控制闸门40的操作。换言之，重合信号PN1′被用作控制闸门40的操作的门控信号。
如果可变延时器70的输出信号(脉冲)PN1′和RZ以太网脉冲SP2同相，那么乘法器输出信号SC将处于最大。在一个实施例中，在大于10MHz时钟周期(100纳秒)的时间段上对乘法器90的互相关结果求平均。
当信号SC最大化时，延时输出信号PN1′中的脉冲与以太网RZ脉冲SP2重合。控制器80因此可以通过线路72将这些重合脉冲发送到闸门40，以使能对光放大的电公共信道信号SP2的门控检测。
如果在线路72上的门控信号PN1′期间在闸门40的输出端(线路82)上发现脉冲，则结果是以太网逻辑“1”。如果在线路72上的门控信号PN1′期间在闸门的输出端上未发现脉冲，则结果是以太网逻辑“0”。然后，以太网逻辑“1”和“0”的脉冲列被串行合并，以产生可以由标准的、商业上已有的集成电路来处理的曼彻斯特编码信号SP2。
10MHz以太网标准所需的从窄RZ脉冲到宽曼彻斯特编码脉冲的转换是由耦合到闸门40的输出的解码器110完成的。这里描述了所需的接收器。解码器110又耦合到以太网端口EP2或其他类似设备。
双向公共信道通信图1示出了曼彻斯特编码的公共信道数据作为信号SP1从发射器T流到接收器R的T-R系统2的一个例子。然而，为了公共信道的双向操作，需要另一组发射器和接收器在另一个方向上传送数据。
据此，图2是图示了具有QKD站Alice和Bob的QKD系统的示例性实施方案的示意图，其中每个QKD站都具有如图1所示的发射器T和接收器R，从而使Alice和Bob可具有双向公共信道通信。具体地说，Alice具有发射器T1和接收器R2，而Bob具有发射器T2和接收器R1，因此存在两个T-R系统T1-R1和T2-R2。
Alice被耦合到以太网端口EP1，而Bob耦合到以太网端口EP2。在图2的示例性的QKD系统中，量子信号SQ和同步信号SC在从Alice到Bob的方向上行进，而公共信道信号SP1在从Alice到Bob和从Bob到Alice的双向上穿行。
再次参考图1，在一个实施例中，接收器R中的控制器80包括可编程逻辑(例如逻辑编程的FPGA)，它被配置为确定平均化互相关函数信号SC的峰值(最大值)。一旦发现峰值，它保持延时匹配于输入的脉冲列PN1，使得在时间上保持峰值，即使在面对变化的影响因素(例如温度波动)时也是如此。
对公共信道信号的检测的重合门控可以显著减少公共信道检测过程中的噪声量。这使得光公共信道信号SP1的光功率电平下降到可以与量子和/或同步信道共存于同一光纤上的程度。
上面以10MHz以太网信号作为公共信道信号SP1的实施例描述了本发明。但是，本发明适用于绝大多数数据率下的绝大多数种类的数据传输。例如，Sonet、100MHz以太网、1G以太网等都适用。上面还提到了曼彻斯特编码数据，但是本发明不限于此，例如也适用于8B/10B编码和绝大多数其他种类的编码。
此外，本发明通常可应用于QKD系统(包括单向和双向QKD系统)，并且通常适用于电信应用。具体地说，虽然本发明特别适于多路复用弱(单光子)光信号与相对强的以太网光信号，但是它也可以应用于仅涉及以太网信号的情形。本发明可以应用于以下情况标准以太网信号不得不穿过长于预期的距离，导致不得不检测相对弱的以太网信号。本发明因此可用于增大变弱的以太网信号的可检测性，而无需进行放大。
权利要求
1.一种在连接第一和第二量子密钥分配(QKD)站的光纤上发送公共信道信号(SP1)和量子信道信号(SQ)的方法，包括a)在第一QKD站生成信号SQ并生成归零(RZ)格式的SP1；通过所述光纤将信号SP1和SQ发送到第二QKD站；b)在第二QKD站解复用信号SP1和SQ；光放大信号SP1以形成放大信号SP1*；检测并处理放大信号SP1*以形成锁频门控信号；以及使用该锁频门控信号来门控对信号SP1*的进一步检测，以便减少公共信道信号检测噪声。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述公共信道信号SP1是由10MHz以太网信号形成的。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括检测信号SP1*，以产生公共信道电信号SP2；由信号SP2形成信号PN1′，信号PN1′包括与信号SP2锁频并与之重合的电脉冲；以及使用信号PN1′来门控对信号SP1*的检测。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，形成信号PN1′的步骤包括发送信号SP2穿过窄带通滤波器，以产生被锁频到信号SP2的正弦波信号S3；使信号S3通过比较器，以产生方波信号S4；通过使信号S4通过多谐振荡器而形成信号PN1，以及使信号PN1通过由控制器控制的延时器，所述控制器被配置为提供给信号PN1一个在形成重合信号PN1′时的延时。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述公共信道信号是10MHz以太网信号，并且窄带通滤波器具有10MHz的带宽。
6.根据权利要求3所述的方法，其中，形成信号PN1′的步骤包括使信号PN1通过可变延时线；以及经由可编程控制器来控制该可变延时线，所述可编程控制器被有效耦合到所述可变延时线，并被配置为在信号PN1上施加延时，以形成重合信号PN1′。
7.根据权利要求6所述的方法，包括向所述控制器提供互相关信号SC，该信号提供有关将由所述可变延时线提供的延时量的信息。
8.根据权利要求7所述的方法，包括用现场可编程门阵列(FPGA)来提供所述控制器，所述现场可编程门阵列用被配置为寻找信号SC中的最大值SCmax的逻辑来编程。
9.一种从第一QKD站中的发射器向第二QKD站中的接收器发送公共信道光信号SP1的方法，包括在所述发射器中提供归零(RZ)格式的信号SP1；从所述发射器向所述接收器发送信号SP1；在所述接收器，对信号SP1进行光放大，以形成光放大的信号SP1*，并且检测信号SP1*以产生公共信道电信号SP2；以及处理所述公共信道电信号SP2，以形成锁频的重合门控信号PN1′，该信号PN1′门控对放大信号的检测，以便减少公共信道检测噪声。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括由信号SP2形成信号PN1，该信号PN1包括一列与信号SP2锁频的窄方波电脉冲；使信号SP2和信号PN1互相关，以产生互相关信号SC；寻找信号SC的最大值作为SCmax；以及使用SCmax来确保信号PN1与信号SP2重合以形成信号PN1′。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，形成重合脉冲(信号)PN1 ′的步骤包括发送信号SP2穿过窄带通滤波器，以产生与信号SP2锁频的正弦波信号S3；使信号S3通过比较器，以产生方波信号S4；通过使信号S4通过多谐振荡器而形成信号PN1，以及使信号PN1通过由控制器控制的延时器，所述控制器被配置为提供给信号PN1一个使信号PN1′与信号SP2重合的延时。
12.一种减少与第二波长的量子信道信号(SQ)多路复用的第一波长的公共信道信号(SP1)中的检测噪声的方法，该方法是具有第一和第二量子密钥分配(QKD)站的QKD系统的一部分，包括在第一QKD站中的发射器，提供归零(RZ)格式的信号SP1，多路复用公共信道信号SP1与量子信号SQ，并且将复用信号发送到第二QKD站中的接收器；在所述接收器，对解复用后的信号SP1进行光放大，以形成光放大信号SP1*；检测信号SP1*以产生公共信道电信号SP2；由信号SP2形成信号PN1′，信号PN1′包括与信号SP2锁频并与之重合的电脉冲；以及使用信号PN1′来门控对信号SP1*的检测，以减少与公共信道信号SP1相关的检测噪声。
13.一种在光纤上从第一QKD站向第二QKD站发送公共信道信号SP1的方法，包括使信号SP1变为归零(RZ)格式并将该RZ信号SP1发送到第二QKD站；在第二QKD站放大所述RZ信号SP1，以形成放大的公共信道信号SP1*；利用检测器来检测信号SP1*；以及处理信号SP1*以建立门控信号PN1′，该信号PN1′门控所述检测器与信号SP1*的预期到达时刻重合，以便减少公共信道检测噪声。
14.根据权利要求13所述的方法，包括形成门控信号PN1′为一列脉冲，这些脉冲与通过检测信号SP1*形成的电公共信道信号SP2锁频，并且向该列脉冲施加可选择的延时，使得门控信号PN1′在时间上与电公共信道信号SP2重合。
15.一种在第一和第二量子密钥分配站之间发送和接收公共信道信号的装置，包括归零(RZ)编码器，被配置为接收非RZ信号SE并由该信号形成RZ格式信号S6；光源系统，有效耦合到RZ编码器，该光源系统生成与RZ格式信号S6相对应的RZ光公共信道信号(SP1)；光放大器，被设置为接收RZ公共信道信号SP1并由该信号形成放大的公共信道信号SP1*；检测器，被设置为检测所述放大的公共信道信号SP1*并由该信号生成公共信道电信号SP2；和信号处理电子装置，被配置为接收所述公共信道电信号SP2并由该信号形成锁频的门控信号PN1′，该锁频的门控信号PN1′在时间上与信号SP2重合，并被用来门控所述检测器以便减少公共信道检测噪声。
16.根据权利要求15所述的装置，还包括门控元件，它有效耦合到所述检测器，并被配置为接收门控信号PN1′，以便门控由所述检测器生成的公共信道电信号SP2。
17.一种用于量子密钥分配(QKD)站的公共信道接收器，包括光放大器，被配置为接收并放大归零(RZ)光公共信道信号；检测器，被配置为响应于检测到放大的公共信道信号，在检测器输出上生成检测器电信号；门控元件，有效耦合到所述检测器输出，并被配置为基于门控信号门控所述检测器输出；窄带通滤波器，耦合到所述门控元件的输出，并被配置为由所述检测器电信号形成锁频到所述检测器电信号的正弦波信号；比较器，在第一比较器输入上耦合到所述窄带滤波器，在第二比较器输入上耦合到门限信号，所述比较器被配置为在比较器输出上由输入的正弦波和门限信号形成方波信号；多谐振荡器，耦合到所述比较器输出，并被配置为在多谐振荡器输出上由所述方波信号形成一列脉冲；可变延时线，耦合到所述多谐振荡器输出，并被配置为向所述一列脉冲提供一选择延时；乘法器，被配置为接收经选择性延时的所述一列脉冲和所述检测器电信号，并由此形成互相关信号；并且其中，所述互相关信号被用来限定致使所述一列脉冲与所述检测器电脉冲重合的选择延时，并且其中，重合的所述一列脉冲被提供给所述门控元件来门控所述检测器。
18.一种用于第一量子密钥分配(QKD)站的接收器装置，它允许归零(RZ)光公共信道信号和光量子信道信号在连接所述第一QKD站和第二QKD站的光纤上传输，该接收器装置包括光放大器，被配置为光放大以RZ格式提供的光公共信道信号；检测器，被配置为由放大的光公共信道信号生成检测器电信号；窄带滤波器，被配置为由所述检测器电信号形成锁频到所述检测器电信号的正弦波信号；比较器，被配置为由所述正弦波信号在第二输出上形成方波信号；多谐振荡器，被配置为在第三输出上由所述方波信号形成一列脉冲；可变延时线，耦合到多谐振荡器输出，并被配置为在第四输出上向所述一列脉冲提供一选择延时；乘法器，被配置为接收经选择性延时的所述一列脉冲和所述检测器电信号，并由此生成互相关信号；其中，所述互相关信号被用于确定致使所述一列脉冲与所述检测器电信号重合的选择延时；并且其中，经选择性延时的所述一列脉冲被用于控制设在所述检测器和所述窄带滤波器之间的闸门。
19.一种用于在单根光纤上发送公共信道信号SP1和量子信号SQ的设备，包括用于生成归零(RZ)信号SP1的装置；用于将信号SP1和SQ多路复用到所述光纤上的装置；用于解复用信号SP1和SQ的装置；用于放大信号SP1的装置；用于检测放大的光信号SP1并由该信号生成电信号(SP2)的装置；用于接收信号SP2并由该信号形成与信号SP2重合的门控信号的信号处理装置；和用于使用所述门控信号来门控所述检测器的门控装置。
全文摘要
公开了用于多路复用量子密钥分配系统的两个或更多信道的系统和方法(图2)。一种方法包括在一个QKD站(Alice)的发射器(T)中使光纤信道信号(SP1)变为归零(RZ)格式，并且就在该信号在另一个QKD站(Bob)的接收器(R)中用检测器(30)检测之前放大该信号(由此形成SP文档编号H04L9/00GK101015164SQ200580029955
公开日2007年8月8日 申请日期2005年8月23日 优先权日2004年9月7日
发明者小豪维尔·J·米切尔, 哈里·维格 申请人:Magiq技术公司