用于量子安全直接通信系统的相位补偿方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种用于量子安全直接通信系统的相位补偿方法及系统，量子安全直接通信系统包括通信信息接收端、通信信息发送端以及两端之间的量子信道和经典信道，相位补偿方法包括：初始化量子安全直接通信系统获得通信信息发送端初始调制电压；判断初始化后的量子信道的误码率是否超过阈值；若没有超过阈值返回判断误码率的步骤；若超过阈值，判断初始调制电压的漂移方向并估算电压漂移量；通信信息发送端根据初始调制电压的漂移方向和估算出的电压漂移量进行缩小范围的定步长扫描，得到通信信息发送端的新的调制电压；在通信信息发送端加载新的调制电压，返回判断误码率的步骤。上述方法及系统对偏移相位进行快速调整。

Phase compensation method and system for quantum secure direct communication system

【技术实现步骤摘要】
用于量子安全直接通信系统的相位补偿方法及系统
本专利技术涉及量子安全通信
，更具体地，涉及一种用于量子安全直接通信系统的相位补偿方法及系统。
技术介绍
量子安全直接通信是利用经典的编码理论和窃听信道理论的一种量子通信形式。量子安全直接通信不需要量子存储器，不需要事先产生随机密钥，就可以在量子信道内简便、实时、安全地传输信息，在理论上可以实现绝对的安全。量子安全直接通信与传统的光通信相比较，有着极大的不同。传统的光通信用的是强光，在对强光进行相位、偏振、幅度等进行调制时，环境变化对系统的影响相对有限。而量子安全直接通信使用的是单光子，环境变化和系统噪声对单光子影响较大，很容易造成相位漂移，所以需要对漂移的相位进行补偿。
技术实现思路
本专利技术提供一种对量子安全直接通信系统偏移的相位进行快速调整的用于量子安全直接通信系统的相位补偿方法及系统。根据本专利技术的一个方面，提供一种用于量子安全直接通信系统的相位补偿方法，所述量子安全直接通信系统包括通信信息接收端、通信信息发送端以及两端之间的量子信道和经典信道，所述相位补偿方法包括：步骤S1，初始化所述量子安全直接通信系统，获得通信信息发送端的初始调制电压；步骤S2，通过上述初始调制电压相位调制产生光子序列，根据光子序列在通信信息接收端和通信信息发送端之间的传输获得量子信道的误码率，判断所述误码率是否超过阈值；步骤S3，若没有超过阈值，返回步骤S2；步骤S4，若超过阈值，利用通信信息接收端发送的光子序列和接收通信信息发送端返回的光子序列的基矢和经典比特判断初始调制电压的漂移方向并估算电压漂移量；步骤S5，通信信息发送端根据初始调制电压的漂移方向和估算出的电压漂移量，进行缩小范围的定步长扫描，得到通信信息发送端的新的调制电压；步骤S6，在通信信息发送端加载新的调制电压，返回步骤S2。优选地，所述获得通信信息发送端的初始调制电压的步骤包括：设定通信信息接收端的第一工作电压；通信信息接收端产生单光子作为信息载体；获得通信信息接收端的第一半波电压，包括：通过通信信息接收端的第一相位调制器采用第一工作电压对单光子在设定的相位范围内进行定步长连续相位调制，形成连续变化的光子序列及其对应的连续变化的第一调制电压，其中，所述相位范围在π相位的设定范围内；将所述光子序列通过量子信道发送给通信信息发送端的第二探测器，所述第二探测器对接收的光子序列进行计数；将所述第二探测器接收的光子序列的计数作为纵坐标，其对应的通信信息接收端的第一调制电压为横坐标，构建坐标图；找到坐标图的极大值点和极小值点，相邻所述极大值点和极小值点对应的第一调制电压的差值为第一半波电压；获得通信信息发送端的初始调制电压和第二半波电压，包括：通过通信信息接收端的第一相位调制器采用第一工作电压对单光子进行相位调制，形成光子序列，所述光子序列通过量子信道发送给通信信息发送端；通过信息发送端的第二相位调制器接收上述光子序列，并对接收的光子序列在设定的相位范围内进行定步长连续相位调制，获得连续变化的光子序列及其对应的连续变化的第二调制电压，第二探测器接收所述连续变化的光子序列并计数，所述相位范围在π相位的设定范围内；将通信信息发送端的第二探测器的计数作为纵坐标，其对应的通信信息发送端的第二调制电压为横坐标，构建坐标图；找到坐标图的极值点，该极值点对应的横坐标为通信信息发送端的初始调制电压，所述极值点为极小值点或极大值点，通信信息发送端的第二半波电压为所述坐标图中相邻的极大值点和极小值点对应的第二调制电压的差值。优选地，所述误码率的获得方法包括：通信信息接收端产生单光子作为信息载体，在单光子上随机加载第一工作电压和第一半波电压不同组合形式的逻辑信号进行相位调制，形成第一光子序列，获得通信信息接收端的接收端逻辑信息，所述接收端逻辑信息包含所述第一光子序列的基矢和经典比特；上述第一光子序列通过量子信道发送给通信信息发送端；通过通信信息发送端的第二调制器在第一光子序列上随机加载初始调制电压和第二半波电压不同组合形式的逻辑信号进行相位调制，形成第二光子序列，第二探测器接收第二光子序列，获得发送端逻辑信息，所述发送端逻辑信息包括第二光子序列的经典比特、基矢以及发送时间；通信信息接收端接收发送端逻辑信息，并按照发送端逻辑信息的发送时间找到对应的接收端逻辑信息；筛选出发送时间对应的通信信息接收端的基矢和通信信息发送端的基矢相同的单光子；在基矢相同的单光子中，筛选出通信信息接收端的经典比特和通信信息发送端的经典比特不相同的单光子；获得误码率，将上述经典比特不相同的单光子的数量占基矢相同的单光子的数量的比例作为误码率。进一步，优选地，所述判断初始调制电压的漂移方向并估算电压漂移量的步骤包括：筛选出通信信息发送端和通信信息接收端的基矢不同的单光子；获得第一概率，将基矢不相同的单光子中，经典比特相同的单光子的数量占基矢不相同的单光子的数量的比例作为第一概率；当第一概率为1时，电压漂移量为其中，Vhalf2为通信信息发送端的第二半波电压，漂移方向为预先设定的方向；当第一概率为0时，电压漂移量为漂移方向与预先设定的方向相反；当第一概率为0.5时，无漂移；当第一概率大于0.5小于1时，电压漂移量与第一概率呈正弦曲线关系，从而获得第一概率对应的电压漂移量，漂移方向为预先设定的方向；当第一概率大于0小于0.5时，电压漂移量与第一概率呈正弦曲线关系，从而获得第一概率对应的电压漂移量，漂移方向与预先设定的方向相反。优选地，步骤S5包括：将通信信息发送端的初始调制电压作为调制范围的一个端点；以初始调制电压与估算的电压漂移量的值之和作为调制范围的另一个端点；在上述调制范围内，采用设定步长扫描出第二探测器统计数量的极值点，所述极值点对应的调制电压作为新的调制电压。根据本专利技术的另一个方面，提供一种用于量子安全直接通信系统的相位补偿系统，所述量子安全直接通信系统包括通信信息接收端、通信信息发送端以及两端之间的量子信道和经典信道，所述相位补偿系统包括：初始化模块，初始化所述量子安全直接通信系统，获得通信信息发送端的初始调制电压；第一判断模块，通过上述初始调制电压相位调制产生光子序列，根据光子序列在通信信息接收端和通信信息发送端之间的传输获得量子信道的误码率，判断初始化后的量子信道的误码率是否超过阈值，若没有超过阈值，对初始化后的量子信道的误码率进行连续监测；若超过阈值，发送信号给第二判断模块；第二判断模块，利用通信信息接收端发送的光子序列和接收通信信息发送端返回的光子序列的基矢和经典比特判断初始调制电压的漂移方向并估算电压漂移量；更新模块，根据第二判断模块初始调制电压的漂移方向和估算出的电压漂移量，进行缩小范围的定步长扫描，更新通信信息发送端的初始调制电压，并发送信号给第一判断模块，判断采用更新后的通信信本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于量子安全直接通信系统的相位补偿方法，所述量子安全直接通信系统包括通信信息接收端、通信信息发送端以及两端之间的量子信道和经典信道，其特征在于，所述相位补偿方法包括：/n步骤S1，初始化所述量子安全直接通信系统，获得通信信息发送端的初始调制电压；/n步骤S2，通过上述初始调制电压相位调制产生光子序列，根据光子序列在通信信息接收端和通信信息发送端之间的传输获得量子信道的误码率，判断所述误码率是否超过阈值；/n步骤S3，若没有超过阈值，返回步骤S2；/n步骤S4，若超过阈值，利用通信信息接收端发送的光子序列和接收通信信息发送端返回的光子序列的基矢和经典比特判断初始调制电压的漂移方向并估算电压漂移量；/n步骤S5，通信信息发送端根据初始调制电压的漂移方向和估算出的电压漂移量，进行缩小范围的定步长扫描，得到通信信息发送端的新的调制电压；/n步骤S6，在通信信息发送端加载新的调制电压，返回步骤S2。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于量子安全直接通信系统的相位补偿方法，所述量子安全直接通信系统包括通信信息接收端、通信信息发送端以及两端之间的量子信道和经典信道，其特征在于，所述相位补偿方法包括：
步骤S1，初始化所述量子安全直接通信系统，获得通信信息发送端的初始调制电压；
步骤S2，通过上述初始调制电压相位调制产生光子序列，根据光子序列在通信信息接收端和通信信息发送端之间的传输获得量子信道的误码率，判断所述误码率是否超过阈值；
步骤S3，若没有超过阈值，返回步骤S2；
步骤S4，若超过阈值，利用通信信息接收端发送的光子序列和接收通信信息发送端返回的光子序列的基矢和经典比特判断初始调制电压的漂移方向并估算电压漂移量；
步骤S5，通信信息发送端根据初始调制电压的漂移方向和估算出的电压漂移量，进行缩小范围的定步长扫描，得到通信信息发送端的新的调制电压；
步骤S6，在通信信息发送端加载新的调制电压，返回步骤S2。


2.根据权利要求1所述的相位补偿方法，其特征在于，所述获得通信信息发送端的初始调制电压的步骤包括：
设定通信信息接收端的第一工作电压；
通信信息接收端产生单光子作为信息载体；
获得通信信息接收端的第一半波电压，包括：通过通信信息接收端的第一相位调制器采用第一工作电压对单光子在设定的相位范围内进行定步长连续相位调制，形成连续变化的光子序列及其对应的连续变化的第一调制电压，其中，所述相位范围在π相位的设定范围内；将所述光子序列通过量子信道发送给通信信息发送端的第二探测器，所述第二探测器对接收的光子序列进行计数；将所述第二探测器接收的光子序列的计数作为纵坐标，其对应的通信信息接收端的第一调制电压为横坐标，构建坐标图；找到坐标图的极大值点和极小值点，相邻所述极大值点和极小值点对应的第一调制电压的差值为第一半波电压；
获得通信信息发送端的初始调制电压和第二半波电压，包括：通过通信信息接收端的第一相位调制器采用第一工作电压对单光子进行相位调制，形成光子序列，所述光子序列通过量子信道发送给通信信息发送端；通过信息发送端的第二相位调制器接收上述光子序列，并对接收的光子序列在设定的相位范围内进行定步长连续相位调制，获得连续变化的光子序列及其对应的连续变化的第二调制电压，第二探测器接收所述连续变化的光子序列并计数，所述相位范围在π相位的设定范围内；将通信信息发送端的第二探测器的计数作为纵坐标，其对应的通信信息发送端的第二调制电压为横坐标，构建坐标图；找到坐标图的极值点，该极值点对应的横坐标为通信信息发送端的初始调制电压，所述极值点为极小值点或极大值点，通信信息发送端的第二半波电压为所述坐标图中相邻的极大值点和极小值点对应的第二调制电压的差值。


3.根据权利要求2所述的相位补偿方法，其特征在于，所述误码率的获得方法包括：
通信信息接收端产生单光子作为信息载体，在单光子上随机加载第一工作电压和第一半波电压不同组合形式的逻辑信号进行相位调制，形成第一光子序列，获得通信信息接收端的接收端逻辑信息，所述接收端逻辑信息包含所述第一光子序列的基矢和经典比特；
上述第一光子序列通过量子信道发送给通信信息发送端；
通过通信信息发送端的第二调制器在第一光子序列上随机加载初始调制电压和第二半波电压不同组合形式的逻辑信号进行相位调制，形成第二光子序列，第二探测器接收第二光子序列，获得发送端逻辑信息，所述发送端逻辑信息包括第二光子序列的经典比特、基矢以及发送时间；
通信信息接收端接收发送端逻辑信息，并按照发送端逻辑信息的发送时间找到对应的接收端逻辑信息；
筛选出发送时间对应的通信信息接收端的基矢和通信信息发送端的基矢相同的单光子；
在基矢相同的单光子中，筛选出通信信息接收端的经典比特和通信信息发送端的经典比特不相同的单光子；
获得误码率，将上述经典比特不相同的单光子的数量占基矢相同的单光子的数量的比例作为误码率。


4.根据权利要求3所述的相位补偿方法，其特征在于，所述判断初始调制电压的漂移方向并估算电压漂移量的步骤包括：
筛选出通信信息发送端和通信信息接收端的基矢不同的单光子；
获得第一概率，将基矢不相同的单光子中，经典比特相同的单光子的数量占基矢不相同的单光子的数量的比例作为第一概率；
当第一概率为1时，电压漂移量为其中，Vhalf2为通信信息发送端的第二半波电压，漂移方向为预先设定的方向；
当第一概率为0时，电压漂移量为漂移方向与预先设定的方向相反；
当第一概率为0.5时，无漂移；
当第一概率大于0.5小于1时，电压漂移量与第一概率呈正弦曲线关系，从而获得第一概率对应的电压漂移量，漂移方向为预先设定的方向；
当第一概率大于0小于0.5时，电压漂移量与第一概率呈正弦曲线关系，从而获得第一概率对应的电压漂移量，漂移方向与预先设定的方向相反。


5.根据权利要求1所述的相位补偿方法，其特征在于，步骤S5包括：
将通信信息发送端的初始调制电压作为调制范围的一个端点；
以初始调制电压与估算的电压漂移量的值之和作为调制范围的另一个端点；
在上述调制范围内，采用设定步长扫描出第二探测器统计数量的极值点，所述极值点对应的调制电压作为新的调制电压。


6.一种用于量子安全直接通信系统的相位补偿系统，所述量子安全直接通信系统包括通信信息接收端、通信信息发送端以及两端之间的量子信道和经典信道，其特征在于，所述相位补偿系统包括：
初始化模块，初始化所述量子安全直接通信系统，获得通信信息发送端的初...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷柳国，赵连旭，龙桂鲁，林再盛，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11