成時(shí)間短的特定周期內(nèi)執(zhí)行原始密鑰生成處理，并且控制在原始密鑰生成處理期間收集的量子信息和檢測(cè)事件發(fā)生信息的存儲(chǔ)。在此之后，如果特定周期已過(guò)去并且新周期開始，則信號(hào)處理器112進(jìn)而在另一存儲(chǔ)區(qū)域中存儲(chǔ)新收集的量子信息和檢測(cè)事件發(fā)生信息。此外，與此同時(shí)，信號(hào)處理器112從在前一周期中存儲(chǔ)在前一存儲(chǔ)區(qū)域中的量子信息和檢測(cè)事件發(fā)生信息中提取原始密鑰。這樣，根據(jù)本公開的至少一種實(shí)施方式的QKD系統(tǒng)能夠通過(guò)消除提取原始密鑰所花費(fèi)的時(shí)間貢獻(xiàn)于執(zhí)行QKD所花費(fèi)的總時(shí)間來(lái)提高其效率。另外，QKD系統(tǒng)可以使用現(xiàn)有的存儲(chǔ)器生成原始密鑰，而無(wú)需額外提供大容量存儲(chǔ)設(shè)備。
[0029]類似地，信號(hào)存儲(chǔ)器112通過(guò)使用在其中集成的存儲(chǔ)區(qū)域中分配的原始密鑰存儲(chǔ)器來(lái)存儲(chǔ)原始密鑰。該原始密鑰存儲(chǔ)器可以存儲(chǔ)所提取的原始密鑰并且附加地存儲(chǔ)與原始密鑰相對(duì)應(yīng)的量子信息。信號(hào)處理器112在預(yù)設(shè)原始密鑰生成時(shí)間之后基于存儲(chǔ)在多個(gè)原始密鑰存儲(chǔ)器的其中一個(gè)中的原始密鑰生成最終原始密鑰。根據(jù)至少一種實(shí)施方式的本公開提供了多個(gè)原始密鑰存儲(chǔ)器，該多個(gè)原始密鑰存儲(chǔ)器用于與使用所存儲(chǔ)的原始密鑰執(zhí)行QKD協(xié)議和后期處理協(xié)議并行地存儲(chǔ)原始密鑰。
[0030]根據(jù)本公開的至少一種實(shí)施方式的信號(hào)處理器112可以通過(guò)減小原始密鑰生成周期并且對(duì)原始密鑰生成處理應(yīng)用雙緩沖方案，使用集成在處理器中的靜態(tài)存儲(chǔ)器或高速緩沖存儲(chǔ)器在無(wú)需額外使用大容量外部存儲(chǔ)器的情況下執(zhí)行原始密鑰生成處理。這使得能夠在集成電路和存儲(chǔ)器之間進(jìn)行更加有效的通信，并接著提高原始密鑰生成處理的性能。
[0031]如果根據(jù)本公開的至少一種實(shí)施方式的QKD系統(tǒng)使用誘餌方案來(lái)運(yùn)行，則信號(hào)處理器112針對(duì)每個(gè)量子信號(hào)類型例如量子信號(hào)的強(qiáng)度，對(duì)存儲(chǔ)在多個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域中的信息和存儲(chǔ)在原始密鑰存儲(chǔ)器中的信息進(jìn)行累計(jì)計(jì)數(shù)。該誘餌方案-QKD系統(tǒng)利用基于誘餌序列任意修改從脈沖激光源生成的激光的振幅的方法，其中，最典型的誘餌方案執(zhí)行三步振幅調(diào)制。為了在QKD系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)誘餌方案，期望在原始密鑰生成時(shí)間期間基于量子信號(hào)的類型計(jì)算正常檢測(cè)事件與生成信號(hào)的比率。然而，由于在存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的信息僅在特定周期期間有效的情況下應(yīng)用的雙緩沖方案，該計(jì)算在該實(shí)施方式中幾乎無(wú)法執(zhí)行。因此，根據(jù)本公開的至少一個(gè)實(shí)施方式的信號(hào)處理器112根據(jù)每個(gè)量子信號(hào)的類型對(duì)存儲(chǔ)在多個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域中的信息和存儲(chǔ)在原始密鑰存儲(chǔ)器中的信息進(jìn)行累計(jì)計(jì)數(shù)，并因此運(yùn)行以針對(duì)每個(gè)量子信號(hào)類型計(jì)算正常檢測(cè)事件與所生成的信號(hào)的比率?？梢?jiàn)，根據(jù)本公開的至少一種實(shí)施方式的QKD系統(tǒng)可以基于誘餌方案來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0032]量子光學(xué)單元114使用量子信道140向接收器120發(fā)送基于從信號(hào)處理器112接收的量子信息而經(jīng)調(diào)制的量子信號(hào)。為此，該量子光學(xué)單元114可以包括:脈沖激光源，該脈沖激光源被構(gòu)造成輸出光學(xué)脈沖序列；馬赫-曾德耳干涉儀(Mach-ZehnderInterferometer)或邁克爾遜干涉儀(Michelson Interferometer)，其被用于使用具有不同長(zhǎng)度的兩個(gè)路徑生成一對(duì)在時(shí)間上分離的光學(xué)脈沖；相位調(diào)制器，該相位調(diào)制器位于干涉儀的路徑中的任何一個(gè)路徑上；以及可變光衰減器，該可變光衰減器被構(gòu)造成將每脈沖光子平均數(shù)降低至適當(dāng)?shù)乃?。包括在量子光學(xué)單元114中的組件可以依賴于協(xié)議、編碼方案及其可能的實(shí)施而不同。
[0033]該接收器120包括信號(hào)處理器122和量子光學(xué)單元124。
[0034]信號(hào)處理器122通過(guò)使用隨機(jī)數(shù)生成器310生成任意量子信息例如基礎(chǔ)序列，并且存儲(chǔ)所生成的基礎(chǔ)序列。在此之后，信號(hào)處理器122將該基礎(chǔ)序列發(fā)送到量子光學(xué)單元124。接收器120可以是例如包括存儲(chǔ)器、輸入/輸出端口和構(gòu)造成管理用于生成并存儲(chǔ)所需信息(例如，最終秘密密鑰)的處理單元在內(nèi)的計(jì)算機(jī)，并且運(yùn)行使得能夠與發(fā)送器110進(jìn)行通信的通信機(jī)制。
[0035]另外，信號(hào)處理器122基于從接收器120接收到的量子信號(hào)從量子光學(xué)單元124接收由量子光學(xué)單元124檢測(cè)到的檢測(cè)信息，并且通過(guò)使用所接收到的檢測(cè)信息和基礎(chǔ)序列生成原始密鑰。換句話說(shuō)，信號(hào)處理器122檢測(cè)哪里已經(jīng)發(fā)生了正常檢測(cè)事件，并且通過(guò)過(guò)濾僅檢測(cè)到的事件來(lái)生成并存儲(chǔ)原始密鑰。在這種情況下，信號(hào)處理器122另外提取并存儲(chǔ)與所檢測(cè)到的事件相對(duì)應(yīng)的基礎(chǔ)序列。
[0036]類似地，根據(jù)本公開的至少一種實(shí)施方式的信號(hào)處理器122通過(guò)對(duì)原始密鑰生成處理應(yīng)用雙緩沖方案來(lái)生成原始密鑰?；诒阮A(yù)設(shè)原始密鑰生成時(shí)間短的特定周期，信號(hào)處理器122在預(yù)設(shè)原始密鑰生成時(shí)間期間通過(guò)使用該檢測(cè)信息和該基礎(chǔ)序列來(lái)重復(fù)對(duì)檢測(cè)信息和所生成的基礎(chǔ)序列的存儲(chǔ)操作、以及原始密鑰的生成和存儲(chǔ)操作。根據(jù)本公開的至少一種實(shí)施方式的信號(hào)處理器122通過(guò)使用在集成在信號(hào)處理器122中的存儲(chǔ)區(qū)域中以預(yù)設(shè)比率來(lái)分配的多個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域執(zhí)行雙緩沖。例如，在多個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域中的任一個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域中，信號(hào)處理器122在比預(yù)設(shè)原始密鑰生成時(shí)間短的特定周期內(nèi)執(zhí)行原始密鑰生成處理，并且控制在原始密鑰生成處理期間收集的基礎(chǔ)序列和檢測(cè)信息的存儲(chǔ)。在此之后，如果特定周期已過(guò)去并且新周期開始，則信號(hào)處理器122將新收集的基礎(chǔ)序列和檢測(cè)信息存儲(chǔ)在另選存儲(chǔ)區(qū)域中。此外，同時(shí)，信號(hào)處理器122通過(guò)使用前一周期中的基礎(chǔ)序列和檢測(cè)信息提取原始密鑰。
[0037]另外，信號(hào)存儲(chǔ)器122通過(guò)使用在其中集成的存儲(chǔ)器中分配的原始密鑰存儲(chǔ)器來(lái)存儲(chǔ)原始密鑰。在這種情況下，該原始密鑰存儲(chǔ)器存儲(chǔ)所提取的原始密鑰并且附加地存儲(chǔ)與原始密鑰相對(duì)應(yīng)的基礎(chǔ)序列。信號(hào)處理器122在預(yù)設(shè)原始密鑰生成時(shí)間之后基于存儲(chǔ)在原始密鑰存儲(chǔ)器中的原始密鑰生成最終原始密鑰。本公開的至少一種實(shí)施方式提供了多個(gè)原始密鑰存儲(chǔ)器，該多個(gè)原始密鑰存儲(chǔ)器用于與使用原始密鑰執(zhí)行QKD協(xié)議和后期處理協(xié)議并行地存儲(chǔ)原始密鑰。
[0038]量子光學(xué)單元124基于從信號(hào)處理器122接收的量子信息(例如基礎(chǔ)序列)調(diào)制從發(fā)送器110接收到的量子信號(hào)，并且檢測(cè)經(jīng)調(diào)制的量子信號(hào)以輸出檢測(cè)信息。為此，量子光學(xué)單元124包括相位調(diào)制器和單光子探測(cè)器(Single Photo Detector，SPD)。SPD可以實(shí)現(xiàn)為為在蓋革(Geiger)模式下運(yùn)行的雪崩光電二極管(APD:avalanche photod1de)，并且在偏振調(diào)制方案的情況下相位調(diào)制器可以用偏振分束器(Polarizat1n BeamSplitter)和偏振濾波器所代替。包括在量子光學(xué)單元124中的組件可以依賴于協(xié)議、編碼方案及其考慮的實(shí)施而不同。
[0039]圖2是根據(jù)本公開的至少一種實(shí)施方式的發(fā)送器110的信號(hào)處理器112的示意性框圖。
[0040]如圖2中所示，根據(jù)本公開的至少一種實(shí)施方式的發(fā)送器110的信號(hào)處理器112包括隨機(jī)數(shù)生成器210和集成電路220。包括在根據(jù)本公開的至少一種實(shí)施方式的信號(hào)處理器112中的組件并不限于此。
[0041]該隨機(jī)數(shù)生成器210是設(shè)計(jì)用來(lái)生成特定大小的隨機(jī)數(shù)的硬件或程序，并生成任意量子信息。隨機(jī)數(shù)生成器210生成的量子信息包括隨機(jī)比特序列、基礎(chǔ)序列和誘餌序列中的一部分或全部。
[0042]該集成電路220是構(gòu)造成控制由發(fā)送器110執(zhí)行的全部功能的裝置。根據(jù)本公開的至少一種實(shí)施方式的集成電路220包括第一存儲(chǔ)器222、第二存儲(chǔ)器224、原始密鑰提取器226、第一原始密鑰存儲(chǔ)器228和第二原始密鑰存儲(chǔ)器229。第一存儲(chǔ)器222和第二存儲(chǔ)器224以及第一原始密鑰存儲(chǔ)器228和第二原始密鑰存儲(chǔ)器229以預(yù)設(shè)比率在靜態(tài)存儲(chǔ)器(例如靜態(tài)隨機(jī)接入存儲(chǔ)器(Static Random Access Memory, SRAM))中分配，或者在嵌入在集成電路220中的高速緩沖存儲(chǔ)器中分配。
[0043]第一存儲(chǔ)器222和第二存儲(chǔ)器224存儲(chǔ)量子信息和檢測(cè)事件發(fā)生信息。具體地，由于應(yīng)用了雙緩沖方案，第一存儲(chǔ)器222和第二存儲(chǔ)器224基于比預(yù)設(shè)原始密鑰生成時(shí)間短的特定周期交替地存儲(chǔ)量子信息和檢測(cè)事件發(fā)生信息。例如，如果第一存儲(chǔ)器222在特定周期期間存儲(chǔ)在原始密鑰生成處理中收集的量子信息和檢測(cè)事件發(fā)生信息，則所收集的量子信息和檢測(cè)事件發(fā)生信息在隨后周期期間被交替存儲(chǔ)在第二存儲(chǔ)器224中。存儲(chǔ)在每個(gè)存儲(chǔ)器中的信息在用于生成原始密鑰的特定周期期間被保持，然后被去除。
[0044]原始密鑰提取器226通過(guò)使用存儲(chǔ)在第一存儲(chǔ)器222或第二存儲(chǔ)器224中的量子信息和檢測(cè)事件發(fā)生信息來(lái)提取原始密鑰。原始密鑰提取器226進(jìn)行控制，以在比預(yù)設(shè)原始密鑰生成時(shí)間短的特定周期期間在第一存儲(chǔ)器222或第二存儲(chǔ)器224中存儲(chǔ)在原始密鑰生成處理中收集的量子信息和檢測(cè)事件發(fā)生信息。在此之后，如果特定周期已經(jīng)過(guò)