一种适用于连续变量量子密钥分发中相位参考信号制备方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于连续变量量子密钥分发中相位参考信号制备方法，用于提升相位参考信号的信噪比，降低相位噪声的估计误差。本发明专利技术通过对连续变量量子密钥分发系统中本振光和信号光的幅度进行控制，共同组成相位参考信号。将本振光与信号光分为数据部分和参考部分，数据部分用于加载密钥信息，参考部分用于加载相位参考信息。本发明专利技术通过本振光和信号光的幅度协调控制提升相位参考部分测量结果的信噪比，从而降低相位估计过程的统计误差，提高相位补偿的精度，减少相位噪声对连续变量量子密钥分发的影响。同时，通过发明专利技术可以相应减少相位参考信号的数目，提升系统的数据利用率，进而提升系统的安全密钥率。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于连续变量量子密钥分发中相位参考信号制备方法
本专利技术涉及量子密钥分发光源制备，特别涉及连续变量量子密钥分发相位参考信号，尤其是一种基于本振光与信号光协同的连续变量量子密钥分发相位参考信号制备方法。
技术介绍
连续变量量子密钥分发(CV-QKD)拥有单脉冲安全码率高，元器件商用化程度高等优势，受到各方面的广泛关注，发展十分迅速。在CV-QKD系统的实际实施过程中，相位噪声的补偿始终是制约系统性能的关键问题。现有的CV-QKD系统的常用方案有两种，一种是本振光和信号光经过复用进入同一根光纤传输，另一种是本振光由接收端本地的激光器产生。无论哪一种方案，其相位噪声补偿的机制都是通过相位补偿参考信号计算出相位噪声的大小，再通过软件或者硬件进行补偿。如果相位噪声的补偿出现误差，会增加参数估计得到的过量噪声，从而导致系统性能的下降。相位噪声的补偿效果主要由两方面决定，一方面是相位补偿的精度，另一方面是通过相位参考信号估计相位噪声的精度。研究表明，通过相位参考信号估计相位噪声的精度由相位参考信号的信噪比决定，相位参考信号的信噪比越高，那么相位噪声的估计就越准确，从而测量结果中由于相位噪声引入的过量噪声更小，使得系统的安全码率更高。因此，我们提出了一种基于本振光与信号光协同的连续变量量子密钥分发相位参考信号制备方法。CV-QKD系统的测量结果是通过本振光与信号光相干检测得到的，因此采用本振光和信号光协同的方法提升相位参考信号的信噪比。CV-QKD系统的测量中结果，最大的噪声来源于真空态的散粒噪声，散粒噪声的大小与本振光的幅度成正比。另一方面为了保证接收端采样有足够的精度，需要相应的提升信号光参考信号的幅度匹配采样量程，降低量化噪声的影响。本专利技术通过控制本振光与信号光的幅度提升相位参考信号的信噪比，从而提升相位噪声的估计精度，可以降低相位噪声对CV-QKD系统性能的影响。
技术实现思路
针对连续变量量子密钥分发系统中相位噪声估计的问题，本专利技术提出了一种基于本振光与信号光协同的连续变量量子密钥分发相位参考信号制备方法，是一种通过对本振光和信号光的幅度进行协同控制，从而提升相位参考信号的信噪比。本专利技术提供了一种基于本振光与信号光协同的连续变量量子密钥分发相位参考信号制备方法，包括三个步骤步骤1：将本振光和信号光分为参考部分和数据部分；步骤2：本振光脉冲幅度调控；步骤3：信号光脉冲幅度调控。上述步骤根据不同的系统结构选择相应的时序进行。步骤1所述的将本振光和信号光分为参考部分和数据部分是指根据系统结构参数确定不同部分的比例和时序关系。包括如下步骤：步骤1a：根据系统参数选择参考部分和数据部分的比例；步骤1b：根据系统结构参数设置本振光和信号光的时序关系。其中，所述步骤1a中根据系统参数选择参考部分和数据部分的比例的方法为：根据系统速率，相位噪声的大小以及系统对相位噪声的容忍程度综合计算参考部分与数据部分的比例；所述步骤1b中根据系统结构参数设置时序关系的方法为：根据本振光与信号光所经光路的长度计算测量两路信号的时延差，依据所得的时延差对参考部分和数据部分的调制信号的时序进行调整，使本振光的参考部分和数据部分与信号光的参考部分和数据部分的光脉冲一一对应，时延差为零。步骤2所述的本振光脉冲幅度调控是指根据系统参数调控不同部分的脉冲幅度。包括如下步骤：步骤2a：根据系统参数计算本振光参考部分和数据部分的幅度大小；步骤2b：根据本振光脉冲制备器件参数确定参考部分和数据部分的幅度控制信号。其中，所述步骤2a中根据系统参数计算本振光参考部分和数据部分幅度大小的方法为：为了降低接收端的噪声，降低本振光参考部分的幅度，为了保证数据部分可以得到接近散粒噪声极限的测量结果，使本振光数据部分的幅度保持最大值。步骤3所述的信号光脉冲幅度调控是指根据系统参数调控不同部分的脉冲幅度。包括如下步骤：步骤3a：根据系统参数计算信号光参考部分和数据部分的幅度大小；步骤3b：根据信号光脉冲制备器件参数确定参考部分和数据部分的幅度控制信号。其中，所述步骤3a中根据系统参数计算信号光参考部分和数据部分幅度大小的方法为：为了降低接收端的噪声，提升信号光参考部分的幅度，为了保证数据部分可以得到所需信噪比的测量结果，使信号光数据部分的幅度降低到所需的幅度。有益效果1.本专利技术通过本振光与信号光幅度的协同控制，提升了连续变量量子密钥分发系统相位参考信号的信噪比，从而降低相位噪声估计的误差，提升了系统的性能。2.本专利技术适用于不同结构的连续变量量子密钥分发系统。3.本专利技术仅改变相位参考部分的测量结果，并不改变数据部分，从而不会影响系统的正常工作。附图说明图1为本专利技术的原理示意图具体实施方式本专利技术通过对本振光与信号光幅度的协同控制，提升连续变量量子密钥分发系统相位参考信号的信噪比，具体步骤如下：1.将本振光和信号光分为参考部分和数据部分，根据不同系统结构与器件引入相位噪声大小选取两部分的比例，保证在相邻的两个参考部分之间的相位噪声变化在系统的容忍范围之内。2.本振光的参考部分和数据部分与信号光相对应的部分需要做到时序一一对应，时延为零。通过对测量本振光与信号光到达混频器的光程，计算出两路信号之间的时延差，通过软件与硬件的协同调控，补偿时延差。3.根据接收端探测系统的增益，信号光的功率，采样系统的量程以及本振光与散粒噪声之间的关系计算参考部分本振光的需要降低的幅度大小。设置合适的数据部分本振光幅度，保证数据部分的测量结果能够达到散粒噪声极限。4.测量本振光脉冲制备所使用的调制器的响应曲线，根据步骤3的计算结果得出两部分所需的调制电压，按照步骤2得出的时序关系，在对应的时间输出本振光的参考部分调制信号和数据部分调制信号。5.根据接收端探测系统的增益，本振光参考部分的功率，采样系统的量程以及本振光与散粒噪声之间的关系计算参考部分信号光的需要提升的幅度大小。设置合适的数据部分信号光幅度，保证数据部分的测量结果满足安全性的要求。6.测量信号光脉冲制备所使用的调制器的响应曲线，根据步骤5的计算结果得出两部分所需的调制电压，按照步骤2得出的时序关系，在对应的时间信号光的输出参考部分调制信号和数据部分调制信号。尽管本专利技术的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本专利技术的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本专利技术的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本专利技术的保护范围应由所附的权利要求来限定。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于连续变量量子密钥分发中相位参考信号制备方法，其特征在于，包括：步骤1：将本振光和信号光分为参考部分和数据部分；步骤2：本振光脉冲幅度调控；步骤3：信号光脉冲幅度调控；上述步骤根据不同的系统结构选择相应的时序进行。

【技术特征摘要】
1.一种适用于连续变量量子密钥分发中相位参考信号制备方法，其特征在于，包括：步骤1：将本振光和信号光分为参考部分和数据部分；步骤2：本振光脉冲幅度调控；步骤3：信号光脉冲幅度调控；上述步骤根据不同的系统结构选择相应的时序进行。2.根据权利要求1所述的相位参考信号制备方法，其特征在于，所述步骤1包括如下步骤：步骤1a：根据系统参数选择参考部分和数据部分的比例；步骤1b：根据系统结构参数设置本振光和信号光的时序关系。3.根据权利要求1所述的相位参考信号制备方法，其特征在于，所述步骤1a中根据系统参数选择参考部分和数据部分的比例的方法为：根据系统速率，相位噪声的大小以及系统对相位噪声的容忍程度综合计算参考部分与数据部分的比例。4.根据权利要求1所述的相位参考信号制备方法，其特征在于，所述步骤1b中根据系统结构参数设置时序关系的方法为：根据本振光与信号光所经光路的长度计算测量两路信号的时延差，依据所得的时延差对参考部分和数据部分的调制信号的时序进行调整，使本振光的参考部分和数据部分与信号光的参考部分和数据部分的光脉冲一一对应，时延差为零。5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：张一辰，赵一甲，喻松，郭弘，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京,11