自由空间量子密钥分发控制系统的FPGA设计

J4 ›› 2014, Vol. 31 ›› Issue (2): 173-178.

自由空间量子密钥分发控制系统的FPGA设计

林泽洪¹,赵双强²,姜玮²,李宠²,沈奇³,祁宾祥³,曹蕾²,王朝泽²,刘尉悦²

1.
2. 宁波大学
3. 中国科学技术大学

收稿日期:2013-09-02 修回日期:2013-10-28 出版日期:2014-03-28 发布日期:2014-03-20
通讯作者: 刘尉悦（1978-）江西萍乡人，副教授，博士，研究方向为量子通信。 E-mail:liuweiyue@nbu.edu.cn。
作者简介:林泽洪（1989-）浙江丽水人，研究生，研究方向为自由空间量子通信。 E-mail：linzehong@yeah.net。
基金资助:
浙江省自然科学基金资助项目（LY13F050007）

FPGA Design of Control System for Free-Space Quantum Key Distribution

Lin Ze-hong1, Zhao Shuang-qiang1, Jiang Wei1, Li Chong1, Shen Qi2, Qi Bin-xiang2, Wang Chao-ze1, Cao Lei1, Liu Wei-yue1

Lin Ze-hong1, Zhao Shuang-qiang1, Jiang Wei1, Li Chong1, Shen Qi2, Qi Bin-xiang2, Wang Chao-ze1, Cao Lei1, Liu Wei-yue1

Received:2013-09-02 Revised:2013-10-28 Published:2014-03-28 Online:2014-03-20

摘要/Abstract

摘要： 在量子保密通信蓬勃发展的今天，基于自由空间的量子密钥分发是一个重要的研究方向。它将在未来全球量子通信网络中扮演重要的角色。介绍了自由空间量子密钥分发控制系统中的电子学设计，选用Xilinx公司的VirtexII-Pro系列芯片，使用内部的PowerPC405嵌入式硬核加上功能逻辑模块实现最终量子密钥的提取和外围电路的控制，提高了全系统的集成度和可靠性。该设计成功应用于白天1公里量子密钥分发实验，成码率大于1.5Kbps。

关键词: 量子信息, 量子密钥分发, FPGA, 自由空间, 嵌入式硬核, PLB总线

Abstract: With the booming development of quantum cryptography, the free-space quantum key distribution is an important research branch. It will play a critical role in the future global quantum communication. We presented the electronic design of QKD(Quantum Key Distribution) control system based on a Xilinx’s VirtexII-Pro series chip. extracting final quantum key and controlling peripheral circuit were implemented with the combination of the embedded hard core PowerPC405 in FPGA and the logic module designed by VHDL（Very-High-Speed Integrated Circuits Hardware Description Language）. The design has been applied in the 1 km QKD distribution experiment during the daytime, and its final key rate is greater than 1.5Kbps.

中图分类号:

TP309.7

林泽洪赵双强姜玮李宠沈奇祁宾祥曹蕾王朝泽刘尉悦. 自由空间量子密钥分发控制系统的FPGA设计[J]. J4, 2014, 31(2): 173-178.

[1]	王晟, 方晓明, 林昱, 张天兵, 冯宝, 余杨, 王乐 . 四强度诱骗态相位匹配量子密钥分发协议[J]. 量子电子学报, 2023, 40(4): 541-545.
[2]	孙一石, 孙弋 . 基于BP 神经网络的经典-量子信号共纤同传系统参数预测[J]. 量子电子学报, 2023, 40(4): 546-559.
[3]	贾玮 , 张强强 , 卞宇翔 , 李威 . E91-QKD 中集体攻击上限的研究[J]. 量子电子学报, 2023, 40(3): 407-414.
[4]	曹睿 , 袁晨智 , 沈思 , 张子昌 , 范云茹 , 李加睿 , 李浩 , 尤立星 , 周强 , 王子竹∗. 三维时间片最大纠缠态的最优检测[J]. 量子电子学报, 2023, 40(1): 85-94.
[5]	唐世彪∗ , 李志 , 郑伟军 , 张万生 , 高松 , 李亚麟 , 程节 , 蒋连军. 量子密钥分发系统防死时间攻击方案研究[J]. 量子电子学报, 2023, 40(1): 95-103.
[6]	赵良圆曹凌云梁洪源韦峥伍千军钱建林韩正甫. 基于不同光纤的波分复用型量子密钥分配研究[J]. 量子电子学报, 2022, 39(5): 776-785.
[7]	吴希, 李志强∗. 基于 Cirq 的Grover 搜索算法的电路实现[J]. 量子电子学报, 2022, 39(3): 431-438.
[8]	戴娟∗, 李志强, 杨冬晗. 基于 Cirq 的Deutsch-Jozsa 电路综合算法[J]. 量子电子学报, 2022, 39(3): 439-445.
[9]	周晓东, 王晟, 张天兵, 胡宗富, 冯宝, ∗, 肖红. 基于级联 Polar 码和多级译码方法的连续变量 QKD 数据协商协议[J]. 量子电子学报, 2022, 39(3): 411-417.
[10]	李叶, 金标, 王潮泽, 李凤芝, 刘尉悦∗. 基于 FPGA 的星地量子信号同步方案[J]. 量子电子学报, 2022, 39(3): 404-410.
[11]	徐凯♯, 曹洹, ♯, 张超∗, 胡晓敏, 黄运锋∗, 柳必恒, 李传锋∗. 光子轨道角动量量子态传输研究进展[J]. 量子电子学报, 2022, 39(1): 3-31.
[12]	王纺翔, 陈巍, ∗. 综述: 基于轨道角动量光子态的高维量子密钥分发[J]. 量子电子学报, 2022, 39(1): 64-80.
[13]	茹世浩, 王啸, 王云龙, 王斐然, 刘瑞丰, 张沛, 李福利, ∗. 光子轨道角动量的量子操控与应用[J]. 量子电子学报, 2022, 39(1): 96-109.
[14]	常泓吴怡婷林崧. 基于 Bell 态的量子安全多方求和[J]. 量子电子学报, 2021, 38(6): 830-837.
[15]	杨舜禹, 马海强∗, 李振华. 强度波动下参考系无关量子密钥分发对比研究[J]. 量子电子学报, 2021, 38(6): 838-845.