一种连续变量量子密钥分发后处理零差探测相位补偿方法技术

本发明专利技术公开一种连续变量量子密钥分发后处理零差探测相位补偿方法。本方法为：1)接收端Bob接收发送方Alice制备的量子态，并对通过零差探测所得到的数据按照设定比例进行分块，得到相位补偿数据与待补偿数据间隔分布的数据；2)Bob将相位补偿数据发送给Alice；3)Alice根据相邻两相位补偿数据与Alice在进行量子态制备时记录下来的对应发送数据，计算相邻两相位补偿数据的相位漂移；4)Alice根据相邻两相位补偿数据的相位漂移计算量子态制备时记录下来的该相邻两相位补偿数据所对应发送数据之间的待补偿数据D的相位漂移

A continuous variable quantum key distribution post processing zero difference detection phase compensation method

The invention discloses a continuous variable quantum key distribution post processing zero difference detection phase compensation method. The method is as follows: 1) the quantum states prepared by Alice, the sender and receiver of Bob, are divided into blocks according to the set ratio of the data obtained by homodyne detection to obtain the data of phase compensation and the distribution of the interval between the data to be compensated; 2) Bob sends the phase compensation data to Alice; 3) Alice sends the phase compensation data to Alice according to the adjacent two phase compensation data and Al. The phase drift of the adjacent two-phase compensation data is calculated according to the phase drift of the adjacent two-phase compensation data. 4) The phase drift of the adjacent two-phase compensation data is calculated according to the phase drift of the adjacent two-phase compensation data. shift

【技术实现步骤摘要】
一种连续变量量子密钥分发后处理零差探测相位补偿方法
本专利技术涉及量子信息
，尤其涉及连续变量量子密钥分发系统中一种利用后处理进行零差探测相位补偿的方法。
技术介绍
经过长距离的信道传输，尤其是在变化性更强的大气空间信道中，信号光的相位会发生一定的漂移。要想得到低噪声的探测结果，就需要对信号的相位进行补偿。在基于光纤的连续变量量子密钥分发系统中，实时相位补偿通常通过测量相位参考信号，输出反馈电压到接收端本振光路上的相位调制器来实现。而在大气信道中，复杂多变的环境可能导致相位的变化更加复杂。传统的利用电学方法进行相位补偿的方式，一方面该方式精度受限于数字、模拟电路等电路的精度，其补偿精度被限制。另一方面补偿过程会引入额外的电噪声。
技术实现思路
针对现有技术中存在的技术问题，本专利技术的目的是提供一种利用后处理进行相位补偿的方法，其适用于连续变量量子密钥分发系统的零差探测方案。为了提高相位补偿的精度，同时降低接收端物理实现系统的复杂度，本专利技术采用在系统的后处理中实现相位补偿。同时，由于实际通信环境往往是非常复杂的，因此后处理过程具有灵活、可以适应各种外界环境而不用做出很大调整的数据结构是很重要的。本专利技术的方法由于是在数据上进行处理，因此可以很好的避免上述问题带来的限制，能够提高相位补偿的精度，同时降低接收端物理实现系统的复杂度。此外，由于本专利技术方法补偿数据比例可以根据相位漂移速率做出具体调整，而不用根据不同的实验环境而改变整体数据结构格式，因此结构灵活、可移植性强。针对上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：一种利用后处理进行零差探测相位补偿的方法，适用于连续变量量子密钥分发系统中，其步骤包括：1)将通信方Bob通过零差探测的数据为连续变量量子密钥分发系统中，通信方Alice制备的量子态在量子信道中传输给接收端Bob的数据按照一定比例进行分块，常用数据的分块比例为相位补偿数据与待补偿数据1:9分块；其中分块后的数据按相位补偿数据与待补偿数据间隔分布，且每一块数据的相位漂移恒定不变；此外，也可以根据不同的具体环境测试(系统的相位漂移速率需要根据具体实验环境来确定)，选取不同比例的数据作为相位补偿数据，从而最优化相位补偿的效果。按照其他不同比例分块是为了让相位补偿效果在不同条件下达到最佳，其具体确定分块比例的方法是多次选取不同分块比例计算相位漂移量，取计算出的相位漂移量与实际测量相位漂移值最接近的分块比例作为实际实验使用的分块比例。2)Bob将上述相位补偿数据发送给Alice；3)Alice根据上述相位补偿数据与手中的数据计算相邻两次相位补偿数据的相位漂移；4)Alice根据上述相邻两次相位补偿数据的相位漂移计算该相邻两相位补偿数据所对应发送数据之间的待补偿数据的相位漂移；5)Alice根据上述待补偿数据的相位漂移对所述待补偿数据进行相位旋转，得到相位补偿后的数据。进一步地，步骤1)中所述Bob从零差探测所得到的数据是指Bob随机选取测量的X分量(正则坐标)数据或P分量(正则动量)数据。本专利技术后续假设Bob选取测量的是X分量，记为XB；由于零差探测中数据X与数据P偏转相同的相位(即需要补偿相同的相位)，所以这一假设并不影响后续分析。进一步地，步骤3)中所述手中的数据是指Alice在连续变量量子密钥分发系统制备量子态中进行量子态制备时记录下来的数据信息。所述数据信息为连续变量量子密钥分发系统所产生的所有密钥数据，步骤1)中Bob从探测到的密钥数据中选取一部分作为相位补偿数据。进一步地，若假设步骤3)中所述相邻两次相位补偿数据的相位漂移分别为则步骤4)中该两次计算结果之间的待补偿数据的相位漂移为进一步地，步骤3)中每个相位补偿数据的相位漂移的计算方法包括以下步骤：3-1)Alice分别计算上述相位补偿数据XB与手中的数据XA和PA的协方差，得到cov(XA,XB)和cov(PA,XB)；3-2)根据上述计算得到的cov(XA,XB)和cov(PA,XB)计算所述相位补偿数据的相位漂移更进一步地，步骤3-1)中所述cov(XA,XB)和cov(PA,XB)的计算公式为：其中为相位补偿数据的相位漂移，t表示在信号传输过程中因为噪声等因素所引入的比例系数，VA表示Alice端调制数据的方差。更进一步地，步骤3-2)中所述相位补偿数据的相位漂移的计算公式为：其中cov(XA,XB)为相位补偿数据XB与手中的数据XA的协方差，cov(PA,XB)为相位补偿数据XB与手中的数据PA的协方差。进一步地，步骤5)中所述待补偿数据X、P进行如下计算以进行相位旋转，得到相位补偿后的数据X′和P′；其中为所述相邻两次相位补偿数据之间的待补偿数据的相位漂移。本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供了一种利用后处理方式进行零差探测相位补偿的方法，该方法适用于连续变量量子密钥分发系统中。该方法通过在连续变量量子密钥分发系统的后处理中实现相位补偿，降低了接收端的物理实现系统的复杂度；提高了相位补偿的灵活性和可移植性；同时由于该方法通过数据处理的方式进行相位补偿，与之前通过电路的方式相比，提高了相位补偿的精度。附图说明图1为本专利技术相位补偿数据与待补偿数据的位置关系图。图2为本专利技术提供的一种利用后处理进行零差探测相位补偿的方法流程图。具体实施方式为使本专利技术的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图作详细说明如下。在连续变量量子密钥分发系统中，假设Alice加载在两个正则分量上的高斯调制数据为(XA,PA)，Alice将制备的量子态在量子信道中传输给接收端Bob。Bob接收到量子态之后，对量子态进行探测，并得到接收的高斯调制数据，其中零差探测是其常用的探测方法之一。本专利技术在零差探测的方法中，假设Bob端探测到的数据为XB或PB，由于量子态经过量子信道时难免会引入噪声和相位漂移，而且进行零差探测时只需要使用一个零差探测器，因此认为接收端对于XB和PB的相位漂移是一致的，于是(XA,PA)与(XB,PB)之间存在如公式(1)所示关系。其中，为相位漂移，ξ和ξ′为噪声，t表示在信号传输过程中因为噪声等因素所引入的比例系数。本专利技术中发送端Alice需要将手中的数据旋转相位使相位漂移为0。由于相位漂移的速度对数据传输速率是一个慢变过程，因此可以认为在较短的时间内数据的相位漂移为一个定值，从而可以将数据进行分块，对于每一块数据分别进行相位补偿，这时认为在每一块数据中的相位漂移是恒定不变的。请参考图1，对于通过零差探测得到的数据，Bob按照一定的比例选择一部分数据用来相位补偿，称为相位补偿数据。而其余的数据保留，作为待补偿数据。假设Bob测量的都是X分量，结果为(对于P分量的计算，其过程相同)。由于XA，PA，ξ之间相互独立，因此这部分数据与相应的和求协方差分别得到cov(XA,XB)和cov(PA,XB)，如公式(2)所示。并且可以计算得到Alice端待补偿的相位的正切值，如公式(3)所示。根据上述公式(2)和(3)以及和的正负关系，就可以计算出相位漂移令相邻两次相位补偿数据的相位漂移计算结果分别为对于线性电路，可以将相位漂移过程按照简单的线性理解，则可以得到两次计算结果之间的待补偿数据的相位漂移P分量相位漂移的计算方法同理。下面举一具体实施例来本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种连续变量量子密钥分发后处理零差探测相位补偿方法，其步骤为：1)接收端Bob接收发送方Alice制备的量子态，并通过零差探测对接收到的所述量子态进行探测，然后接收端Bob将通过零差探测所得到的数据按照设定比例进行分块，得到相位补偿数据与待补偿数据间隔分布的数据；2)Bob将各所述相位补偿数据发送给Alice；3)Alice根据第i个所述相位补偿数据与Alice在进行量子态制备时记录下来的对应发送数据，计算第i个所述相位补偿数据的相位漂移

【技术特征摘要】
1.一种连续变量量子密钥分发后处理零差探测相位补偿方法，其步骤为：1)接收端Bob接收发送方Alice制备的量子态，并通过零差探测对接收到的所述量子态进行探测，然后接收端Bob将通过零差探测所得到的数据按照设定比例进行分块，得到相位补偿数据与待补偿数据间隔分布的数据；2)Bob将各所述相位补偿数据发送给Alice；3)Alice根据第i个所述相位补偿数据与Alice在进行量子态制备时记录下来的对应发送数据，计算第i个所述相位补偿数据的相位漂移Alice根据第i+1个所述相位补偿数据与Alice在进行量子态制备时记录下来的对应发送数据，计算第i+1个所述相位补偿数据的相位漂移4)Alice根据相邻两相位补偿数据的相位漂移计算Alice进行量子态制备时记录下来的该相邻两相位补偿数据所对应发送数据之间的待补偿数据D的相位漂移5)Alice根据相位漂移对所述待补偿数据D进行相位旋转，得到相位补偿后的数据。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过在两个正则分量上加载高斯调制数据制备所述量子态；通过零差探测所得到的数据为X分量数据或P分量数据。3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，计算所述相位漂移的方法为：设Bob通过零差探测所得到的数据为X分量数据，Alice第...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭弘，彭翔，陈子扬，张一辰，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京,11