2022年5月，上海交通大学量子感知与信息处理研究中心（QSIP）主任曾贵华教授团队提出了基于光纤连续变量量子密钥分发(Continuous-variable quantum key distribution，简称CV-QKD)系统的帧同步方案，该方案将弱相干光作为同步信号，实现了极低信噪比（约-20dB）下光纤CV-QKD系统的帧同步，具有良好的抵抗频率偏移与相位漂移能力，为其他场景下CV-QKD（如量子网络）的帧同步提供解决方案。相关工作发表在权威物理学期刊《Physical Review A》上。

在CV-QKD系统中，帧同步是一个关键的环节。发送端与接收端需要通过帧同步步骤进行对齐，以保证后续密钥的顺利提取。然而，CV-QKD系统本身运行在一个低信噪比环境中，特别是当传输距离延长时，系统中的信噪比会因为光纤传输损耗等原因进一步降低；此外，在本地本振CV-QKD系统中，本振光与信号光经过的光路不同，导致信号光可能会受到更多频率偏移、相位漂移等干扰的影响；同步光信号的功率还应尽可能低，避免过高的光功率带来实际安全性上的漏洞。综上， 应用在CV-QKD系统中的帧同步方案应在低信噪比环境下具有较好的性能，并具有一定的抵抗相位噪声的能力，尽可能基于弱光信号实现。

该成果提出了基于弱相干光的帧同步方案。研究人员将一段收发端共享的有限长Zadoff-Chu序列作为同步序列置于数据之前封装为一条帧，并将其调制到信号光上。具体而言，接收端收到经过信道传输的信号光后，通过相干探测测量信号光获取数据序列，并用预先共享的Zadoff-Chu序列与测量得到的数据序列进行移位互相关运算，互相关运算得到的尖锐相关峰值所在位置即为帧的起始位置，实现了收发端的帧同步。之后，研究人员设计不同的仿真对该方案进行性能上的分析，并通过实验对方案的可行性进行了测试。

论文的第一作者是上海交通大学量子感知与信息处理研究中心硕士研究生董婧，通讯作者是王涛助理教授，曾贵华教授。该工作得到了科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金，上海市重大专项以及广东省重点研发计划的资助。

论文连接：https://doi.org/10.1103/PhysRevA.105.052407