本地本振连续变量量子密钥分发系统相位补偿方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种本地本振连续变量量子密钥分发系统相位补偿方法及系统，包括：步骤S1：产生本地本振连续变量量子密钥分发系统的量子信号；步骤S2：调制量子信号并通过信道传输；步骤S3：使用盲相位搜索算法对量子信号进行相位补偿。本发明专利技术提出了一种将盲相位搜索算法与本地本振连续变量量子密钥分发系统相结合完成对信号的相位补偿的方案，其优点在于，与现有的本地本振连续变量量子密钥分发系统的相位补偿方法相比，该方法基于纯软件对量子信号进行数据处理，因此不需要额外的物理器件，并且无需修改现有的本地本振连续变量量子密钥分发系统的光路。密钥分发系统的光路。密钥分发系统的光路。

【技术实现步骤摘要】
本地本振连续变量量子密钥分发系统相位补偿方法及系统


[0001]本专利技术涉及光纤量子通信
，具体地，涉及一种本地本振连续变量量子密钥分发系统相位补偿方法及系统，更为具体地，涉及一种基于盲相位搜索算法的本地本振连续变量量子密钥分发系统的相位补偿方法及系统。

技术介绍

[0002]随着科学的进步和经济的发展，人们对通信的安全性及可靠性提出了更高的要求。合法通信双方通过密钥将所需要传递的信息进行加密能够使得第三方窃听信息的难度加大，密钥的安全性决定了上述保密通信过程的安全性。量子密钥分发基于量子不可克隆、量子测不准关系等量子力学原理，可实现理论上的无条件安全的密钥分发，是近年来研究的热点。量子密钥分发按照编码方式的不同可分为离散变量类及连续变量类协议两大主要技术途径。经过近年来的发展，离散变量量子密钥分发(DVQKD，discrete
‑
variable quantum key distribution)技术己经比较成熟，可以实现相对连续变量量子密钥分发更长的传输距离，但是在制备和探测单光子信号方面比较困难，不仅实现复杂，难以制备，而且花费成本高，价格昂贵。
[0003]连续变量量子密钥分发(Continuous Variable Quantum Key Distribution，CVQKD)技术因其在信道容量、与现有光通信良好融合性以及抗背景光干扰等方面具有良好的优势，目前受到国内外广泛关注。CVQKD按照所用光源不同，可分为相干态、压缩态、纠缠态三类协议。相比于其他两种实现方式，相干态制备比较简单，因此相干态CVQKD系统是目前广受关注的系统。在制备和探测相干态时可以利用传统光通信器件，不再需要使用价格高昂结构复杂的单光子光源和专用探测器。所以在实现相干态CVQKD的过程中，可以充分利用光纤通信多年来的发展积累，具有显著的成本优势和较高的长期可靠性。
[0004]为了保障CVQKD实际实现的安全性，同时进一步提高CVQKD的实际性能，本地本振CVQKD方案应运而生。在该方案中，发送端使用同一个光源制备参考脉冲和相干态量子信号，而接收端使用本地本振光对参考脉冲和量子信号进行探测，并根据参考脉冲提供的参考相位信息对量子信号进行相位补偿。由于接收端的本地本振光不会被窃听者控制，因此该方案可以规避所有针对本振光的攻击，并且接收端可以稳定地控制散粒噪声水平，实现高效的平衡零差探测。
[0005]本地本振CVQKD方案具有安全性高、容易到达散粒噪声极限、易于系统集成和大规模实施等优点，但是由于总体过噪声偏大导致本地本振方案安全传输距离不长，安全码率受限。除此之外，本地本振CVQKD方案中本振光与量子信号光源自不同激光器，因此量子信号在相干检测过程中会受到频率偏移和相位噪声影响，需要进行载波恢复实现收发端同步。因此实现本地本振CVQKD方案中量子信号的相位补偿是很有意义的。
[0006]专利文献CN108696352A公开了一种连续变量测量设备无关的量子密钥分发系统及其实现方法，量子密钥发送端先向量子密钥接收端发送相位参考信号用于替代本振光，量子密钥接收端对接收到的相位参考信号进行零差检测，根据测量结果，量子密钥接收端
对量子信号进行相位补偿，随后量子密钥发送端和量子密钥接收端向量子密钥检测端发送量子信号，量子密钥测量端对接收到的量子信号进行零差检测，其零差检测所需的本振光由本地产生，检测结果通过经典信道发送给量子密钥发送端和量子密钥测量端。但该专利技术没有将盲相位搜索算法与本地本振连续变量量子密钥分发系统相结合。

技术实现思路

[0007]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种本地本振连续变量量子密钥分发系统相位补偿方法及系统。
[0008]根据本专利技术提供的一种本地本振连续变量量子密钥分发系统相位补偿方法，包括：
[0009]步骤S1：产生本地本振连续变量量子密钥分发系统的量子信号；
[0010]步骤S2：调制量子信号并通过信道传输；
[0011]步骤S3：使用盲相位搜索算法对量子信号进行相位补偿。
[0012]优选地，在所述步骤S1中：
[0013]通过激光器产生连续光后通过强度调制器将连续光切割为脉冲光，将此脉冲光作为本地本振连续变量量子密钥分发系统的量子信号。
[0014]优选地，在所述步骤S2中：
[0015]将量子信号光通过相位调制器进行QPSK调制。
[0016]优选地，在所述步骤S3中：
[0017]接收端对接收到的量子信号进行检测并解调之前，用盲相位搜索算法对量子信号进行相位补偿。
[0018]优选地，步骤S3.1，选取测试角
[0019][0020]其中，B为测试角的个数，b为从
‑
B/2到B/2
‑
1的整数；
[0021]步骤S3.2，对输入信号按照测试角度进行旋转，旋转后的信号为其中r
k
为接收端接收到的第k个量子信号，为旋转的测试角；
[0022]步骤S3.3：将旋转后的信号送至判决电路，输出与旋转后信号欧式距离最近的标准星座点；
[0023]步骤S3.4：计算旋转后的信号与标准星座点的差值并取平方，得到旋转后的信号和标准星座点的平方距离，具体计算如下：
[0024][0025]其中，为旋转后的信号；dec[*]表示表示星座判决，得到与旋转后信号欧式距离最近的标准星座点；|d
k,b
|2表示第k个接收信号旋转后和标准星座点的平方距离；
[0026]步骤S3.5：将第k个信号的前后连续2N个信号都旋转并重复步骤S3.2至步骤S3.4，得到：
[0027][0028]步骤S3.6：对第k个信号及其前后连续2N个旋转后的信号和标准星座点的平方距
离求和，得到求和后的平方距离和
[0029]步骤S3.7：遍历所有的测试角，将求和后的平方距离和s
k,b
送至最小值比较器，输出最小和对应的测试角度作为估计出来的相位噪声，并对第k个信号进行相位补偿；
[0030]步骤S3.8：重复步骤S3.2至步骤S3.7，直至所有信号都完成相位补偿。
[0031]根据本专利技术提供的一种本地本振连续变量量子密钥分发系统相位补偿系统，包括：
[0032]模块M1：产生本地本振连续变量量子密钥分发系统的量子信号；
[0033]模块M2：调制量子信号并通过信道传输；
[0034]模块M3：使用盲相位搜索算法对量子信号进行相位补偿。
[0035]优选地，在所述模块M1中：
[0036]通过激光器产生连续光后通过强度调制器将连续光切割为脉冲光，将此脉冲光作为本地本振连续变量量子密钥分发系统的量子信号。
[0037]优选地，在所述模块M2中：
[0038]将量子信号光通过相位调制器进行QPSK调制。
[0039]优选地，在所述模块M3中：
[0040]接收端对接收到的量子本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种本地本振连续变量量子密钥分发系统相位补偿方法，其特征在于，包括：步骤S1：产生本地本振连续变量量子密钥分发系统的量子信号；步骤S2：调制量子信号并通过信道传输；步骤S3：使用盲相位搜索算法对量子信号进行相位补偿。2.根据权利要求1所述的本地本振连续变量量子密钥分发系统相位补偿方法，其特征在于，在所述步骤S1中：通过激光器产生连续光后通过强度调制器将连续光切割为脉冲光，将此脉冲光作为本地本振连续变量量子密钥分发系统的量子信号。3.根据权利要求1所述的本地本振连续变量量子密钥分发系统相位补偿方法，其特征在于，在所述步骤S2中：将量子信号光通过相位调制器进行QPSK调制。4.根据权利要求1所述的本地本振连续变量量子密钥分发系统相位补偿方法，其特征在于，在所述步骤S3中：接收端对接收到的量子信号进行检测并解调之前，用盲相位搜索算法对量子信号进行相位补偿。5.根据权利要求4所述的本地本振连续变量量子密钥分发系统相位补偿方法，其特征在于：步骤S3.1，选取测试角步骤S3.1，选取测试角其中，B为测试角的个数，b为从
‑
/2到B/2
‑
1的整数；步骤S3.2，对输入信号按照测试角度进行旋转，旋转后的信号为其中r
k
为接收端接收到的第k个量子信号，为旋转的测试角；步骤S3.3：将旋转后的信号送至判决电路，输出与旋转后信号欧式距离最近的标准星座点；步骤S3.4：计算旋转后的信号与标准星座点的差值并取平方，得到旋转后的信号和标准星座点的平方距离，具体计算如下：其中，为旋转后的信号；dec[*]表示表示星座判决，得到与旋转后信号欧式距离最近的标准星座点；|
k,b
|2表示第k个接收信号旋转后和标准星座点的平方距离；步骤S3.5：将第k个信号的前后连续2N个信号都旋转并重复步骤S3.2至步骤S3.4，得到：步骤S3.6：对第k个信号及其前后连续2N个旋转后的信号和标准星座点的平方距离求和，得到求和后的平方距离和步骤S3.7：遍历所有的测试角，将求和后的平方距离和s
k,b
送至最小值比较器，输出最小和对应的测试角度作为估计出来的相位噪声，并对第k个信号进行相位补偿；
步骤S3.8：重复步骤S3.2至步骤S3.7，直至所有信号都完成相位补偿。6.一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄鹏，廖晓娟，周颖明，
申请(专利权)人：上海循态量子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：