[发明专利]一种适用于连续变量量子密钥分发的偏振补偿方法

说明书

本发明公开了一种适用于连续变量量子密钥分发的偏振补偿方法，用于简化连续变量量子密钥分发系统中探测端的物理结构。包括如下步骤：1.偏振变化引入的本振光以及量子信号的损耗测量；2.使用本振光与信号光进行探测端的数据测量；3.根据偏振变化引入的本振光以及量子信号的损耗进行可信噪声模型修正。本发明通过参数监控以及数据处理的方式，简化了连续变量量子密钥分发的偏振补偿方法的物理结构，提升了系统的稳定性与可靠性，降低了系统的成本。

技术领域

本发明涉及量子密钥分发系统探测技术，特别涉及基于连续变量量子密钥分发系统探测前的偏振控制，尤其是一种无需偏振控制器的连续变量量子密钥分发的偏振补偿方法。

背景技术

量子密钥分发是一种具有广阔前景的量子信息技术，基于量子力学的基本原理来保证密钥生成的无条件安全。连续变量量子密钥分发使用相干态和平衡探测，相较于传统的离散变量协议在系统系统可靠性，成本等方面具有显著优势，在实际应用受到广泛关注。连续变量量子密钥分发系统中为了降低信道传输中的相位噪声，采用了本振光和信号光复用同传的方式，为了减少强本振光对量子信号光的影响，采取了偏振复用结合时分复用的方式提升探测端的信噪比。因此，探测端探测前需要对本振光以及信号光进行解复用操作。

有偏振控制的连续变量量子密钥分发系统探测端偏振分束前需要将信道输出光路的偏振态调节到合适的数值，从而减少偏振解复用的噪声。虽然偏振态的变化不会十分迅速，但是在实际的系统不断去进行人工调节是十分困难的。自动偏振控制虽然较好地解决了这一问题，但是基于反馈的补偿环路大大提升了系统的物理结构复杂度(参见专利CN103023569CN 102916807，如图2、3所示)，降低了系统的可靠性，增加了系统的成本。并且受限于探测和补偿器件的精度，仍然会引入一定的噪声，这个噪声的信息并不能被探测端获得，因此只能作为会严重降低系统性能的非可信噪声处理，不能保证系统的高效运行。

为了简化系统的物理结构，降低系统的成本，提升系统的可靠性，我们提出了一种无需偏振控制器的连续变量量子密钥分发的偏振补偿方法。在连续变量量子密钥分发系统中，信道传输中偏振态的改变会导致偏振解复用即偏振分束的两路输出中即存在本振光又存在信号光，由于本振光和信号光在偏振分束之前的偏振态是相互垂直的，通过对本振光的监控就可以得到信号光的功率变化信息。因此，通过对本振光的监控就可以得到偏振态变化对信号光的影响，这个影响可以通过可信噪声模型的修正将它对系统安全性的影响降至一个可以忽略的程度。本发明通过简单的数据监控替换了复杂的偏振补偿结构，提升了系统的稳定性，使系统实用性进一步提升。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对连续变量量子密钥分发系统探测端复杂的偏振补偿结构，本发明提出了一种无需偏振控制器的连续变量量子密钥分发的偏振补偿方法。通过对探测端信号的监控，获取偏振态变化的相关参数，通过数据处理，可信模型修正，在不降低系统性能的情况下，简化系统探测端的物理结构。

(二)技术方案

本发明提供的一种无需偏振控制器的连续变量量子密钥分发的偏振补偿方法，包括三个步骤：

步骤1：偏振变化引入的本振光以及量子信号的损耗测量，首先，通过偏振分束器将信道输出光路分为本振光路和信号光路，从信道输出光路，本振光路任选两路获取监控信号，并对监控信号进行探测获取监控信号的功率数据，其中获取监控信号的光路连接为：信道输出光路后连接分束器1，分束器1的两路输出分别连接探测器和偏振分束器，偏振分束器的两路输出分别连接分束器2和分束器3，分束器2的两路输出一路连接信号光路，另一路连接探测器，分束器3的两路输出一路连接本振光路，另一路连接探测器。然后利用监控信号的测量结果，计算出损耗以及散粒噪声方差；

步骤2：使用本振光与信号光进行探测端的数据测量；

步骤3：根据偏振变化引入的本振光以及量子信号的损耗进行可信噪声模型修正；