[发明专利]CVQKD系统下针对高速漂移的离线相位补偿方法及存储介质

说明书

本发明提供了一种CVQKD系统下针对高速漂移的离线相位补偿方法及存储介质，包括：步骤A：训练数据与有效数据的设定与传输；步骤B：误差函数的构造及其最优值求解；步骤C：最优补偿角度的求解与补偿实施。本发明可以在相位漂移速度较快时提高基于高斯调制相干态的CVQKD系统的相位补偿精度至0.0001rad。

技术领域

本发明涉及量子密钥分发的相位补偿技术领域，具体地，涉及一种CVQKD系统下针对高速漂移的离线相位补偿方法及存储介质，尤其涉及一种利用反馈优化迭代的离线补偿方法，即通过求解最小均方误差来求解最优相位补偿角度，再经过经典信道传输给Alice端并由Alice进行补偿的离线高精度补偿技术。

背景技术

随着信息技术的迅速发展，人们对安全性的要求越来越高，基于量子力学的量子保密通信具有物理上的无条件安全性，成为了人们关注的焦点。

如专利文献CN106533565A公开的一种量子保密通信方法和装置，技术方案为：在量子保密通信的发送端和接收端配置中继设备，并采用多芯光纤作为连接链路。中继设备通过与直连的上游设备和F游设备分别进行量于密钥协商，并根据分别与直连的上游设备和T游设备协商的量子密钥，以及上游设备发来的密钥中继处理信号执行密钥中继处理和传输，实现端到端的通信密钥共享和量子密钥通信。

量子密钥分发作为量子保密通信的核心技术，提供了一种相距很远的两端共享安全密钥的方法，它的安全性基于海森堡定理、量子不可克隆定理和测不准原理。量子密钥分发可分为离散变量的量子密钥分发和连续变量的量子密钥分发，二者各有优缺点，离散变量的量子密钥分发传输的距离远，但整体信息传输速率较低，而连续变量虽然传输的距离有待突破，但信息传输速率较高。我们主要对连续变量量子密钥分发进行研究。连续变量量子密钥分发可分为四个阶段：密钥传输、参数估计、秘密协商、保密增强。

在密钥传输的过程中，由于光纤的抖动、温度等因素的影响会使得传输的量子信号的相位发生漂移，从而引入相位噪声。这会对整个系统的过噪声造成不可忽视的影响，进而也会影响密钥率。为了消除相位漂移的对整个系统的影响，需要进行相位补偿操作。

相位补偿可以减少由于相位漂移引起的相位噪声，其补偿精度会极大影响整个密钥分发系统的性能。当前的相位补偿方案大致分为两种，一种是通过把整个相位区间等分，然后通过相位-电压转换的方法来对最接近实际漂移的等分点进行判断，从而获得补偿角度；另一种方法是通过求解两端数据的互相关量来求解相位漂移角度。但这两种方法所能处理的漂移速度有限，当相位漂移速度过快时很难进行精确补偿，并且达到的精度都比较有限，实时补偿的效率也很难进一步提高。因此，设计出能处理快速相位漂移的高精度的相位补偿算法来提升整个量子密钥分发系统的性能尤为重要。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种CVQKD系统下针对高速漂移的离线相位补偿方法及存储介质。

根据本发明提供的一种CVQKD系统下针对高速漂移的离线相位补偿方法，包括如下步骤：

步骤A：训练数据与有效数据的设定与传输，具体为：在有效数据的传输中间插入被Alice和Bob已知的训练数据，并通过量子信道进行传输，且Bob端预设补偿角度；

步骤B：根据步骤A得到的补偿模型和预设补偿角度确立误差函数，这里的误差函数采用平方误差；并通过确立搜索方向和搜索步长再利用搜索迭代算法找出最小平方误差；

步骤C：Bob根据步骤B得到的误差函数，找出对应于最小平方误差的补偿角度即为最优补偿角度；Alice发送端把最优补偿角度加载到其相位调制器上进行相位补偿。

优选地，所述步骤A包括如下步骤：

步骤A1：在相位漂移速度较快时，即每一帧中的多组有效数据的相漂角度均不一致，将每一帧中的多组有效数据中间均插入长度为1000的训练数据S；