【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及量子通信，具体涉及一种用于双场量子密钥分发(tf-qkd)的时间同步修正方法及系统。
技术介绍
1、tf-qkd系统作为最新的mdi-qkd(测量器件无关量子密钥分发)方案，通过远距离独立激光相位干涉，在两臂总通信光缆长度250公里条件下理论成码率≥2kbps，其理论最远通信距离不小于400公里(实验室环境)，相比于基于传统bb84协议的qkd系统，大大提高了成码距离，可减少qkd网络的中继节点数目，提高qkd网络整体的安全性，在城域网中表现出较大的组网优势。
2、为保证量子密钥分发过程的顺利实施，量子密钥分发系统通常需要在发送端和接收端之间进行时间同步修正，以保证基矢比对的正确完成，因此，在tf-qkd系统中，远距离时间同步是关键技术之一。现有技术中也公开了一些用于qkd系统的时间同步修正方案。例如，cn111510208a、cn111510284a等中国专利文献公开了一种非中断式实时位同步修正的方法，其通过设置相对于探测器最大计数的最低阈值，并据此最低阈值实时判断探测器的计数是否超出此阈值，从而判断探测器进行探测的最佳时刻是否发生变化，当探测计数降低时，启动实时位同步修正过程以获取探测最佳时刻。cn110351074a号中国专利文献公开了一种能够在时间差别大于一个同步光周期时使发送端和接收端建立正确的一一对应关系的同步修正方法及控制器，其通过发送端在约定初始同步序号之后，每隔预设个数的同步光发送一个信号光，其他同步序号内都不发送信号光，接收端测量多个不同到达时间各自对应的同步修正值的采样值，同时根据
3、然而，现有的解决方案都是从原理上描述校准阶段时间同步修正方法，未涉及具体的实现过程，难以在工程应用中直接实现，也并未涉及针对成码阶段时间修正量的动态补偿。
技术实现思路
1、针对现有技术中的不足，本专利技术公开了一种易于在工程实际中应用的时间同步修正系统及方法，其尤其适合tf-qkd系统。其中，在提出使发送端和接收端信号脉冲同源的基础上，进一步从系统组成及粗同步修正和细同步修正方法等方面提出具体的实现方法，有效解决了现有的解决方案多为原理性方案，难以在工程应用中直接实现的问题。同时，本专利技术还提出了在成码阶段对时间同步修正量动态补偿的实现方案，使得能够在不降低量子密钥生成的有效工作时间条件下，动态地提供精确的时间修正，有效保证成码准确性和成码时间。
2、具体而言，本专利技术的第一方面涉及一种tf-qkd时间同步修正方法，其包括同步光生成步骤、反向同步恢复步骤、时间校准步骤、细修正步骤和粗修正步骤；
3、同步光生成步骤用于由接收端生成具有重复周期tsync的同步信号，并将同步信号提供给本地时间测量单元时间测量使用，同时基于同步信号生成同步信号光并发送给发送端；
4、反向同步恢复步骤用于由发送端基于同步信号光生成本地参考时钟信号；
5、时间校准步骤用于使来自两个发送端的信号光同时到达接收端；
6、细修正步骤用于基于本地参考时钟信号生成具有重复周期tsync的第一同步修正信号光并发送给接收端，在接收端对第一同步修正信号光进行时间测量以获得其关于同步信号的相对时间位置tsig′_fine，并根据时间漂移量δt＝tsig′_fine-tsig_fine进行时间同步修正，其中，tsig_fine为发送端中第一同步修正信号光的发送时间位置；
7、粗修正步骤用于基于本地参考时钟信号生成具有重复周期k＊tsync的第二同步修正信号光并发送给接收端，在接收端对第二同步修正信号光进行时间测量以获得其关于相应同步信号的相对时间位置δt_coarse，并根据跨同步周期数m＝floor(δt_coarse/tsync)进行时间同步修正，其中，floor为向下取整函数，k为大于1的整数。
8、进一步地，在反向同步恢复步骤中，由发送端从同步信号光中甄别出与接收端相关的同步时钟信号，并对同步时钟信号进行倍频锁相，生成本地参考时钟信号。
9、优选地，以分频的方式实现第二同步修正信号光的重复频率；以及/或者，k取值为100；以及/或者，借助fpga内部延时链，以时间内插的方式对第一同步修正信号光进行时间测量；以及/或者，借助计数器对第二同步修正信号光进行时间测量。
10、进一步地，细修正步骤包括数据获取子步骤、寻峰子步骤和同步修正子步骤；
11、在数据获取子步骤中，由接收端获取第一时间范围内有关第一同步修正信号光的探测数据，探测数据包括探测计数ni及其关于同步信号的相对时间位置tni，i＝1，2，...；
12、在寻峰子步骤中，确定探测计数ni的最大值max(ni)及其相对时间位置tpeak；
13、在同步修正子步骤中，根据时间漂移量δt＝tsig′_fine_tsig_fine进行时间同步修正，其中，tsig′_fine＝tpeak。
14、进一步地，粗修正步骤包括数据获取子步骤、寻峰子步骤和同步修正子步骤；
15、在数据获取子步骤中，由接收端获取第二时间范围内有关第二同步修正信号光的探测数据，探测数据包括探测计数ni及其关于同步信号的相对时间位置tni，i＝1，2，...；
16、在寻峰子步骤中，确定探测计数ni的最大值max(ni)及其相对时间位置tpeak；
17、在同步修正子步骤中，根据跨同步周期数m＝floor(δt_coarse/tsync)进行时间同步修正，其中，δt_coarse＝tpeak。
18、更进一步地，在数据获取子步骤中，当获取的探测计数达到预设阈值之后，对探测数据进行统计以获取相对时间位置tni及相应的探测计数ni。
19、优选地，根据相对时间位置tni设定ram地址，并在ram地址上写入相对时间位置tni上的探测计数ni。
20、进一步地，本专利技术的tf-qkd时间同步修正方法还包括成码阶段修正量动态补偿步骤，其中：
21、在完成时间同步修正后，获取在预设时间内，由第一发送端发送的第一信号光到达接收端的平均到达时间td2，以及由第二发送端发送的第二信号光到达接收端的平均到达时间td3；
22、在成码过程中，获取在预设时间内，第一信号光到达接收端的平均到达时间td2′，以及第二信号光到达接收端的平均到达时间td3′；
23、计算δta＝td2′-td2和δtb＝td3′-td3，并通过调节作用于第一信号光和/或第二信号光上的光延时量以使δta＝δtb；以及，
24、在用于第一信号光的时间同步修正量上叠加δta以更新时间同步修正量，并据此对第一信号光进行时间同步修正；
25、在用于第二信号光的时间同步修正量上叠加δtb以更新时间同步修正量，并据此对第二信号光进行时间同步修正。
26、更进一步地，在接收端对信号光进行时间测量以获取本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种TF-QKD时间同步修正方法，其包括同步光生成步骤、反向同步恢复步骤、时间校准步骤、细修正步骤和粗修正步骤；
2.如权利要求1所述的TF-QKD时间同步修正方法，其中，在反向同步恢复步骤中，由发送端从同步信号光中甄别出与接收端相关的同步时钟信号，并对同步时钟信号进行倍频锁相，生成本地参考时钟信号。
3.如权利要求1所述的TF-QKD时间同步修正方法，其中，以分频的方式实现第二同步修正信号光的重复频率；以及/或者，k取值为100；以及/或者，
4.如权利要求1所述的TF-QKD时间同步修正方法，其中，细修正步骤包括数据获取子步骤、寻峰子步骤和同步修正子步骤；
5.如权利要求1所述的TF-QKD时间同步修正方法，其中，粗修正步骤包括数据获取子步骤、寻峰子步骤和同步修正子步骤；
6.如权利要求4或5所述的TF-QKD时间同步修正方法，其中，在数据获取子步骤中，当获取的探测计数达到预设阈值之后，对探测数据进行统计以获取相对时间位置TNi及相应的探测计数Ni。
7.如权利要求6所述的TF-QKD时间同步修正方法
8.如权利要求1所述的TF-QKD时间同步修正方法，其还包括成码阶段修正量动态补偿步骤，其中：
9.如权利要求8所述的TF-QKD时间同步修正方法，其中，
10.一种TF-QKD时间同步修正系统，其包括设于接收端的光探测模块、同步光产生模块、时间校准及补偿量计算单元、同步修正单元和时间测量单元，以及设于发送端的反向同步恢复模块和信号光产生模块；
11.如权利要求10所述的TF-QKD时间同步修正系统，其中：
12.如权利要求10所述的TF-QKD时间同步修正系统，其中，同步修正单元还被设置用于：
13.如权利要求12所述的TF-QKD时间同步修正系统，其中，同步修正单元还被设置成在获取的探测计数达到预设阈值之后，对探测数据进行统计分析；以及/或者，根据相对时间位置TNi设定RAM地址，并在RAM地址上写入相对时间位置TNi上的探测计数Ni。
14.如权利要求10所述的TF-QKD时间同步修正系统，其中：
15.如权利要求14所述的TF-QKD时间同步修正系统，其中，时间校准及补偿量计算单元还被设置用于将信号光的测量时间对预设时间取模得到取模结果Tmod，统计一段时间内各个取模结果Tmod出现的频数，将具有最大频数的取模结果Tmod作为信号光在预设时间内的平均到达时间；以及/或者，将预设时间设置为一个系统周期Tsys。
...【技术特征摘要】
1.一种tf-qkd时间同步修正方法，其包括同步光生成步骤、反向同步恢复步骤、时间校准步骤、细修正步骤和粗修正步骤；
2.如权利要求1所述的tf-qkd时间同步修正方法，其中，在反向同步恢复步骤中，由发送端从同步信号光中甄别出与接收端相关的同步时钟信号，并对同步时钟信号进行倍频锁相，生成本地参考时钟信号。
3.如权利要求1所述的tf-qkd时间同步修正方法，其中，以分频的方式实现第二同步修正信号光的重复频率；以及/或者，k取值为100；以及/或者，
4.如权利要求1所述的tf-qkd时间同步修正方法，其中，细修正步骤包括数据获取子步骤、寻峰子步骤和同步修正子步骤；
5.如权利要求1所述的tf-qkd时间同步修正方法，其中，粗修正步骤包括数据获取子步骤、寻峰子步骤和同步修正子步骤；
6.如权利要求4或5所述的tf-qkd时间同步修正方法，其中，在数据获取子步骤中，当获取的探测计数达到预设阈值之后，对探测数据进行统计以获取相对时间位置tni及相应的探测计数ni。
7.如权利要求6所述的tf-qkd时间同步修正方法，其中，根据相对时间位置tni设定ram地址，并在ram地址上写入相对时间位置tni上的探测计数ni。
8.如权利要求1所述的tf-qkd时间同步修正方法，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：张明伟，高其圣，孙剑，钱思璠，唐世彪，
申请(专利权)人：科大国盾量子技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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