量子密钥分发系统技术方案

本发明专利技术提供了一种量子密钥分发系统

【技术实现步骤摘要】
量子密钥分发系统


[0001]本专利技术涉及量子通信
，更具体地，涉及一种量子密钥分发系统
。

技术介绍

[0002]为了消除偏振对测量设备无关（
measurement device independent
，
MDI
）协议的影响，需要对信道的偏振进行纠正，或者采用特殊的协议，例如
Plug&Play MDI
协议或者有环境鲁棒性的新型
MDI
协议等
。
[0003]对信道偏振进行修正的方法大致分为两类，一类是需要参考强光进行波分复用或者时分复用的方法；另一类是直接使用通信的弱光进行偏振纠正的方法
。
[0004]在实现本专利技术构思的过程中，专利技术人发现相关技术中至少存在如下问题：上述两类信道偏振修正方法在实际纠正偏振的过程中存在延迟和误码率较大的问题，同时还会产生一定的安全问题
。

技术实现思路

[0005]为解决现有技术中的所述以及其他方面的至少一种技术问题，本专利技术实施例提供了一种量子密钥分发系统，能够在非偏振编码的测量设备无关量子密钥分发（
Measurement Device Independent Quantum Key Distribution
，
MDIQKD
）系统中对光纤信道偏振漂移带来的偏振偏移所引发的额外的误码进行纠正
。
[0006]本专利技术实施例的一个方面提供了一种量子密钥分发系统，包括：发送端，用于生成量子光信号和接收探测结果；测量端，包括：分束器，用于根据上述量子光信号，生成两个测量光信号；两个单光子探测器，用于生成向上述发送端和接收端公开的上述探测结果，其中，上述探测结果包括符合计数率和对应于不同上述单光子探测器的探测响应率；接收端，用于接收上述探测结果；其中，所述量子密钥分发系统还包括：至少一个偏振控制器，设置于上述发送端
、
上述测量端或上述测量端内，上述偏振控制器利用基于上述探测结果确定的目标透过率矩阵对上述量子光信号或上述探测结果进行偏振处理，以得到偏振后的量子光信号或偏振后的探测结果
。
[0007]根据本专利技术的实施例，通过设置偏振控制器在发送端
、
测量端或接收端内，偏振控制器利用基于所述探测结果确定的目标透过率矩阵对所述量子光信号或所述探测结果进行偏振处理，以得到偏振后的量子光信号或偏振后的探测结果，可以实现在非偏振编码的测量设备无关量子密钥分发协议中，对光纤信道的偏振漂移进行纠正，并降低由其带来的误码率，所以至少部分地克服了基于通信的弱光使用量子比特误码率（
Qubit Bit Error Rate
，
QBER
）结合算法纠正偏振有延迟以及安全性的技术问题，进而达到了同样使用弱光，但是不需要监控
QBER
，而监控正常通信中舍弃的量，不需要公开发送比特，反应速度快且不
需要处理计算误码率，没有延迟，同时也不会带来安全性问题
。
附图说明
[0008]通过以下参照附图对本专利技术实施例的描述，本专利技术的上述以及其他目的
、
特征和优点将更为清楚，在附图中：图1示出了本专利技术实施例量子密钥分发系统的结构框架图；图2示出了根据本专利技术另一种实施例量子秘钥分发系统的结构框架图；图3示出了根据本专利技术实施例量子秘钥分发系统获取第一目标参数值的流程图；图4示出了根据本专利技术实施例的基于相位调制器与法拉第旋转器构建的偏振控制器的结构示意图；图5示出了根据本专利技术实施例的基于多个相位调制器构建的偏振控制器的结构示意图；图6示出了根据本专利技术另一种实施例量子秘钥分发系统获取第二目标参数值的流程图
。
具体实施方式
[0009]以下，将参照附图来描述本专利技术的实施例
。
但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本专利技术的范围
。
在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本专利技术实施例的全面理解
。
然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施
。
此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本专利技术的概念
。
[0010]在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本专利技术
。
在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征
、
步骤
、
操作和
/
或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征
、
步骤
、
操作或部件
。
[0011]在此使用的所有术语（包括技术和科学术语）具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义
。
应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释
。
[0012]在使用类似于“A、B
和
C
等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释（例如，“具有
A、B
和
C
中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有
A、
单独具有
B、
单独具有
C、
具有
A
和
B、
具有
A
和
C、
具有
B
和
C、
和
/
或具有
A、B、C
的系统等）
。
[0013]现有技术中，对信道偏振进行修正的方法大致分为两类，一类是需要参考强光进行波分复用或者时分复用的方法；另一类是直接使用通信的弱光进行偏振纠正的方法
。
[0014]其中第一类需要参考强光进行波分复用或者时分复用方法的发展已经比较成熟，从早期的基于波分复用
、
需要长累计时间的方案；到使用连续相干光
、
以可见度为判据的将偏振调制周期缩短到
3min
以内的方案；再到实现在实际的架空光纤系统中实现毫秒级调制时间的波分复用方案
。
[0015]第二类直接使用通信的弱光进行偏振纠正又大致有发送特定的参考信号判断偏振状态以及直接使用
QBER
结合算法纠正偏振两种方案，第一种方案通过协议的约定，定期
发送特定的信号态能够同时进行时间对齐与偏振补偿，实现了
1s
的反馈周期；而第二种直接利用
QBER
作为调制依据的方案中，除了最基础的使用
QBER 作为判据的梯度下降算法调制之外，也有最新的通过误码率对应庞加莱球上的圆，通过特定的偏振改变，定位多个
QBER
的圆与调制的轨迹在庞加莱球上的焦点来定本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种量子密钥分发系统，其特征在于，包括：发送端，用于生成量子光信号和接收探测结果；测量端，包括：分束器，用于根据所述量子光信号，生成两个测量光信号；两个单光子探测器，两个所述单光子探测器用于生成向所述发送端和接收端公开的所述探测结果，其中，所述探测结果包括符合计数率和对应于不同所述单光子探测器的探测响应率；所述接收端，用于接收所述探测结果；其中，所述量子密钥分发系统还包括：至少一个偏振控制器，设置于所述发送端
、
所述测量端或所述测量端内，所述偏振控制器利用基于所述探测结果确定的目标透过率矩阵对所述量子光信号或所述探测结果进行偏振处理，以得到偏振后的量子光信号或偏振后的探测结果
。2.
根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在所述偏振控制器设置在所述发送端内的情况下，发送端主体的输出端与所述偏振控制器连接，或在所述偏振控制器设置在所述接收端的情况下，所述接收端主体的输入端与所述偏振控制器连接；其中，所述目标透过率矩阵是通过如下方式生成的：分别获取所述偏振控制器工作在不同子周期下的不同透过率矩阵时的第一目标参数值，其中，所述不同透过率矩阵是根据初始透过率矩阵和预设琼斯矩阵确定的；根据多个所述第一目标参数值，生成第
i+1
周期的所述目标透过率矩阵
。3.
根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第一目标参数值包括第一参数值
、
第二参数值和第三参数值；其中，分别获取所述偏振控制器工作在不同子周期下的不同透过率矩阵时的第一目标参数值，包括：获取第
i
子周期内的所述符合计数率和对应于不同所述单光子探测器的探测响应率；根据所述符合计数率和两个所述探测响应率，生成第
i
子周期内的误码率参数和所述第一参数值；在所述误码率参数满足预设误码率阈值的情况下，根据所述偏振控制器的初始透过率矩阵和第一预设琼斯矩阵，生成第一透过率矩阵；在所述偏振控制器工作在所述第一透过率矩阵的情况下，根据第
i+1
子周期的符合计数率和对应于不同所述单光子探测器的探测响应率，生成第
i+1
子周期的所述第二参数值；根据所述偏振控制器的初始透过率矩阵和第二预设琼斯矩阵，生成第二透过率矩阵；在所述偏振控制器工作在所述第二透过率矩阵的情况下，根据第
i+2
子周期的符合计数率和多个探测响应率，生成第
i+2
子周期的所述第三参数值，其中，第
i
周期包括所述第
i
子周期
、
所述第
i+1
子周期和所述第
i+2
子周期
。4.
根据权利要求3所述的系统，其特征在于，根据多个所述第一目标参数值，生成第
i+1
周期的所述目标透过率矩阵，包括：根据所述第一参数值
、
所述第二参数值和所述第三参数值，生成第一变量值和第二变量值；根据所述第一变量值
、
第二变量值和所述初始透过率矩阵，生成第
i+1
周期的所述目标
透过率矩阵
。5.
根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述偏振控制器包括基于相位调制器与法拉第旋转器构建的偏振控制器或基于多个相位调制器构建的偏振控制器；其中，所述目标透过率矩阵是通过如下方式生成的：针对第
i
子周期，在所述偏振控制器工作在包括多个第一初始子参数的初始透过率矩阵的情况下，若所述误码率参数满足所述预设误码率阈值，则根据所述符合计数率和两个所述探测响应率，生成第
i
子周期内的所述第一参数值；对所述偏振控制器的多个所述第一初始子参数进行调整，得到包括多个第一子参数的第一透过率矩阵；在所述偏振控制器工作在所述第一透过率矩阵的情况下，根据第
i+1
子周期的符合计数率和对应于不同所述单光子探测器的探测响应率，生成第
i+1
子周期的所述第二参数值；对所述偏振控制器的多个所述第一初始子参数进行二次调整，得到包括多个第二子参数的第二透过率矩阵；在所述偏振控制器工作在所述第二透过率矩阵的情况下，根据第
i+2
子周期的符合计数率和对应于不同所述单光子探测器的探测响应率，生成第
i+2
子周期的所述第三参数值；根据所述第一参数值
、
所述第二参数值和所述第三参数值，生成第三变量值和第四变量值；根据所述第三变量值
、
第四变量值和所述初始透过率矩阵，生成第
i+1
周期的所述目标透过率矩阵的多个目标子参数
。6.
根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在所述偏振控制器设置在所述测量端的情况下，测量端主体的输入端和输出端分别与一个所述偏振控制器连接；其中，所述目标透过率矩阵是通过如下方式生成的：分别获取两个所述偏振控制器工作在不同子周期下的不同透过率矩阵时的多个第二目标参数值，其中，所述不同透过率矩阵是根据初始透过率矩阵和预设琼斯矩阵确定的；根据多个所述第二目标参数值，生成多个中间参数；根据多个所述中间参数和多个所述第二目标参数值，生成多个目标变量值和目标相位；根据多个所述目标变量值和所述目标相位，分别生成第
i+1
周期的用于两个偏振控制器的目标透过率矩阵
。7.
根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：王双，李家萱，范元冠杰，卢奉宇，银振强，何德勇，陈巍，周政，郭光灿，韩正甫，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：