Yu Haiyuan 1, Hong Zhanyong 1, 2 Jianglian juin
(1 Hefei Université de technologie de l'Institut de technologie et d'équipements industriels, Hefei 230009, Chine;
2. bouclier pays HKUST Quantum Technology Co., Ltd, Hefei 230088)
Pour huit états quantiques dans le temps inhérent borne de signal optique QKD problèmes de décalage à la sortie du dispositif, destiné à fixer une source d'étalonnage de cadencement de système à clé quantique de base TDC-GPX de distribution. Le système d'états quantiques convertit photoélectriquement le signal optique, le conditionnement du signal, la puce de mesure d'intervalle de temps de haute précision TDC-GPX partage acquisition de signal électrique d'impulsion de conditionnement, et les données traitées par le FPGA, en ajustant le temps d'émission de lumière de huit signaux optiques, de manière à satisfaire indistinction dans le temps. Les résultats des tests montrent que la précision du système est inférieure à 80 ps, une bonne performance d'un dispositif d'étalonnage étalonnage de la distribution de clé quantique réelle est d'être pour répondre aux exigences d'étalonnage.
Quantum distribution de clé, TDC-GPX, étalonnage de synchronisation, le conditionnement du signal, le FPGA; précision
CLC: TP274
A
DOI: 10,16157 / j.issn.0258-7998.2016.12.018
format de citation chinois: Yu Haiyuan, Hong Zhanyong, Jianglian juin Conception de source d'étalonnage de synchronisation du système de distribution de clés quantiques Technologie électronique, 2016,42 (12): 69-72.
Anglais format de citation: Yu Haiyuan, Hong Zhanyong, Jiang Lianjun. Conception du système d'étalonnage de synchronisation de photons de distribution quantique de clés .Application Technique électronique, 2016,42 (12): 69-72.
0 introduction
QKD système (Quantum Key Distribution, QKD) peut fournir une méthode de distribution de clé sécurisée un plan physique, a des applications importantes dans le domaine de la sécurité de l'information du gouvernement national, militaire, la recherche financière, scientifique, et devient ainsi le domaine de la communication quantique confidentielle hotspot .
En raison de différences dans la voie de transmission, en réponse à chaque temps de cohérence du laser est pas critique, le système de cryptographie quantique de telle sorte que huit signaux optiques émis par l'émetteur en même temps le dispositif apparaîtront à la sortie de l'intervalle de temps, il va fournir une valeur analytique indiscret il y a des risques de sécurité, système. Pour assurer la sécurité du système QKD, la source lumineuse doit être du processus d'étalonnage de synchronisation du système émetteur QKD signal huit, la source de signal atteint tout deux indistinction dans le temps, de sorte qu'un indiscret ne peut pas distinguer les informations d'état envoyé par l'expéditeur. Les sources traditionnelles méthode d'étalonnage de synchronisation d'opération QKD est complexe, une grande précision, et nécessite un étalonnage au moyen d'un équipement spécial. Ainsi, le développement d'une haute précision, timing QKD source de lumière à haute efficacité imminente système d'étalonnage automatique et l'industrie des communications pour accélérer le processus de quantification est également important.
Comme utilisé ici, la puce de mesure d'intervalle de temps de précision TDC-GPX et le champ FPGA réseau de portes programmable, conçu pour répondre à un ensemble de source d'étalonnage de cadencement de distribution de clé quantique requis de précision, des systèmes d'étalonnage haute de synchronisation d'efficacité.
1 conception globale
Système de distribution quantique de clé pour TDC-GPX source d'étalonnage de cadencement en tant que composant de noyau, une unité de commande à base de FPGA, ainsi que d'autres unités auxiliaires périphériques pour effectuer le calibrage, afin d'obtenir schéma synoptique global du système représenté sur la figure 1. Le système est principalement composé d'une unité de conversion photoélectrique, une unité de conditionnement de signaux, l'unité de mesure de temps TDC-GPX, l'unité de commande principale FPGA, une des unités de panneaux de communication. un moyen de conversion photoélectrique en utilisant un des conduits de lumière photodiode PIN sont synchronisées, la lumière de signal (état de signal à chacun des quatre états et leurre) des impulsions en impulsions électriques, et une unité de conditionnement de signal par le circuit de couplage en courant alternatif, un comparateur à grande vitesse ADCMP572, la puce de conversion de niveau MC100EPT21 dans un signal final conditionné à LVTTL TDC-GPX peuvent être identifiées, le temps de ACAM unité de mesure de précision intervalle de temps chip TDC-GPX, chaque canal de mesure de l'Allemagne de la lumière de signal par rapport à une synchronisation temporelle précise de la lumière mesurée; unité de commande principale le choix de Altera de modèle FPGA EP4CE10E22C8N, pour terminer le mode principal de la configuration TDC-GPX, les données lues et les opérations d'écriture et des données de post-traitement, et analogues; système d'alignement de la carte scolaire mis en oeuvre avec l'unité de communication dispositif émetteur QKD principalement par le FPGA FPGA , ARM communications.
Dans l'unité de commande principale pour compléter les paramètres du modèle initial et de l'unité de temps de mesure après la configuration, une fois l'unité de mesure de mesure de la lumière de signal par rapport aux huit intervalles de temps entre la lumière de synchronisation; unité de commande principale de l'unité de mesure de huit temps de lecture, respectivement, et le signal synchrone de lumière la valeur d'intervalle de temps de lumière et le traitement de données spécifique, et ensuite le résultat du traitement de la trame de commande à l'émetteur QKD FPGA via l'interface série. Ce FPGA selon la trame de commande reçue à générer un signal de commande électrique brillants signal de retard retardé correspondant à la lumière la plus brillante laser émettant, après un réglage de retard, le système signale automatiquement la lumière et une seconde lumière de mesure d'intervalle de temps de synchronisation, un principal l'unité de commande lit le deuxième commande de retard de traitement et les données de mesure émis à nouveau par l'intermédiaire du port série. Encore une fois, après des mesures répétées, la comparaison de l'écart, la commande de rétroaction, la valeur de l'écart entre les signaux de huit petits, jusqu'à ce que l'intervalle de temps entre le signal huit est inférieur spécifications une fois que l'étalonnage donné terminent pas l'unité de commande principale l'aspect final des paramètres d'étalonnage écrites dans la mémoire flash pour stocker des paramètres d'étalonnage, les paramètres d'étalonnage manuellement écrit l'expéditeur série QKD ARM.
2 technologies clés et la mise en uvre
2,1 signal frontal conditionné
unité de conditionnement de signaux principalement par le circuit de couplage en courant alternatif, des comparateurs à grande vitesse, la puce de convertisseur de niveau, le diagramme de la structure représentée sur la figure 2.
Dans le système de distribution de clé quantique, l'unité de conversion photoélectrique par l'intermédiaire d'un signal de sortie optique synchrone est une amplitude de mode commun faible du signal différentiel est égal à 1 V, l'amplitude différentielle d'environ 400 mV. Pour le criblage de faible valeur de ce signal, le comparateur doit avoir accès à grande vitesse par l'intermédiaire du couplage d'échange . Afin d'éliminer le bruit, la nécessité de comparaison pour régler un certain comparateur de seuil avec hystérésis, qui est réglé à ± 20 mV , la sortie du comparateur est un signal CML différentiel par puce de conversion de niveau pour convertir en un signal asymétrique comme LVTTL signal d'entrée TDC-GPX. schéma de circuit de conditionnement de signal optique synchrone illustré à la figure 3.
La figure 4 est un schéma de forme d'onde avant et après l'unité de conditionnement de signaux de conditionnement, l'oscilloscope Ch2, petit signal de conditionnement de signal différentiel avant Ch3, la fin du Ch1 seul conditionnement de signaux LVTTL.
2.2 Configuration du mode TDC-GPX
TDC-GPX de butée de mesure en utilisant le type, un total de 4 modes, la lumière de synchronisation est prévu dans le système de distribution de la source actuelle étalonnage de cadencement de clé quantique fréquences de la lumière de signal de 100 kHz, choisir le mode de mesure TDC-GPX, le signal d'entrée est fourni entrée asymétrique de type LVTTL, commencer TDC-GPX, arrêter tout signal d'entrée montante déclenchement par front, à condition StartRetrig = 1, puis activer le déclenchement interne à ce moment est mesurée par rapport à l'précédant immédiatement le signal d'arrêt l'intervalle de temps entre le signal de départ, en prenant en compte la précision de mesure de la puce PLL TDCGPX à propos de , les paramètres liés à la PLL HSDiv = 205, RefClkDiv = 128, mtimer = 40.
2.3 FPGA contrôle de flux
Quartus II plate-forme, la logique Verilog HDL par l'écriture de code, la réalisation de système de distribution de clef de source d'étalonnage de synchronisation d'un contrôle automatique du quantum entier, l'organigramme de programme correspondant représenté sur la figure 5. Après que le système, sur les TDC-GPX registres de configuration FPGA, pour terminer l'initialisation TDC-GPX, et émet ensuite une instruction au dispositif émetteur FPGA QKD à émettre de la lumière et la lumière de synchronisation du premier type, lorsque la FIFO de TDC-GPX est pas vide, les données d'intervalle de temps FPGA dans le FIFO est lu et la conversion de format de données spécifique, le traitement de données, le premier type de lumière pour un temps de retard fixe, ferme le premier type de lumière, émet un premier X types de lumière (la valeur initiale de X 2); X Type individuellement déterminée de la lumière et le temps du premier type de lumière est inférieur à un indice ATx de déviation donné [delta], de réglage de retard est pas satisfaite jusqu'à ce que tous optique tous répondre à l'exigence, enfin, les huit types de lumière correspondant au temps de retard d'écriture de flash, le durcissement du dispositif émetteur au bras en QKD.
Performance Test 3 TDC-GPX
Dispositif de noyau TDC-GPX et l'ensemble du système d'étalonnage, qui détermine directement l'exécution des résultats de l'étalonnage du système d'étalonnage, pour lesquelles la mesure a été testée dans la précision et la linéarité de la TDC-GPX.
3.1 Test de précision
Fait référence à la précision de la mesure du temps est dans les conditions reproductibles, la même mesure est répétée à des intervalles de temps résultant écart-type de la distribution, prennent généralement la pire valeur de cas de la précision de mesure . Ce système de test génère deux signaux d'impulsion par le générateur de signal est étroite, en tant que signal de voie TDC-GPX START dans l'autre sens que le signal TDC-GPX ARRET, le signal START STOP par rapport à l'intervalle de temps du signal est réglable.
Réglage de l'heure standard entre le signal START et l'intervalle de signal d'arrêt dans l'expérience d'essai présente ont été 10 ns, 20 ns, 50 ns, 100 ns, pour chaque intervalle de temps standard mesurée 10.000 fois, les résultats des essais sont présentés dans le tableau 1 la figure 6 présente les résultats d'essai de l'intervalle de temps standard de 20 ns distribution de données. les résultats des tests d'analyse connus, la précision de mesure de la TDC est inférieure à 80 ps, la source de distribution de clé quantique pour répondre aux exigences de calendrier pour l'étalonnage.
3.2 Test Linéarité
Dans l'essai 5 ns ~ intervalle de temps 9 ms, les intervalles de temps d'extraction 12 Résultats d'essai standard indiqués dans le tableau 2. Les données obtenues en utilisant les moindres carrés correspondent équation comme suit:
Dans laquelle X est l'intervalle de temps standard, ns; y est la valeur de la TDC, l'unité est NS; 0,999 pente 994, le générateur de signal utilisé pour sa précision, le système de test ne sont pas strictement en accord avec la carte de câblage et d'autres aspects effet de , les données de test est toujours présente écart d'environ 0,421 ns 5,8-10. 7 est un graphique correspondant aux données ajustées, et en ajustant les données à partir des données de graphique ajustées équation de la courbe peut être vu TDC-GPX ayant une bonne linéarité sur l'intervalle de test.
4 Application du système
Le système d'étalonnage pour le test d'étalonnage réelle de distribution de clé quantique à réaliser un appareil d'étalonnage, la Fig. 8 illustre la répartition de la relation temporelle entre les huit signal optique avant le calibrage,. La figure 9 est un schéma de distribution de la relation de temps entre huit étalonnage du signal optique. La figure amplitude de signal plus élevé le signal à quatre états, l'amplitude de l'état inférieur de leurre le signal est quatre, on peut voir d'après la figure, une différence de temps entre le signal significatif huit avant le calibrage, et le signal d'étalonnage Octal atteint le indistinction entre le temps, peut répondre aux exigences de la source de clé quantique de synchronisation du système de distribution.
5. Conclusion
noyau TDC-GPX pour développer un ensemble de source de clé quantique de synchronisation système de distribution automatique d'étalonnage, réalisée sur la précision TDC-GPX et le test de linéarité. Les résultats des tests montrent que la bonne linéarité de l'intervalle de test complet, la précision de mesure inférieure à 80 ps. Le système d'étalonnage pour le test d'étalonnage réel de distribution de clé quantique à effectuer un appareil d'étalonnage, les résultats finaux d'étalonnage ont montré de bonnes performances aux répondent aux exigences de la source de synchronisation du système de distribution de clé quantique.
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