[发明专利]连续变量量子密钥分发系统的偏振追踪方法、系统及介质

说明书

本发明提供了一种连续变量量子密钥分发系统的偏振追踪方法、系统及介质，包括：步骤A：通过偏振复用方式实现量子信号与相位参考信号的同步传输，并通过相干检测技术分别对量子信号和相位参考信号进行探测；步骤B：通过卡尔曼滤波算法进行偏振态的追踪，从而将混叠的量子信号和相位参考信号偏振解复用，最终在接收端准确恢复量子信号。本发明可在恶劣信道下准确恢复量子信号，扩展了量子密钥分发系统的适用场景，可对传输的语音或图像数据进行加密，保障信息传递的安全。

技术领域

本发明涉及量子密钥分发技术领域，具体地，涉及连续变量量子密钥分发系统的偏振追踪方法、系统及介质。尤其地，涉及到一种连续变量量子密钥分发系统，并采用卡尔曼滤波算法跟踪偏振态的偏移，并实现量子信号和相位参考信号偏振解复用的方案。

背景技术

在通信技术迅速发展的时代背景下，人们对传输信息的安全性也越来越重视。虽然传统的经典保密方案在数据链路层提供了较为安全的保密方式，但其安全性是建立在数学计算的安全性上。而随着量子计算机的快速发展，经典密码学所依赖的计算安全性将面临巨大挑战。而基于量子力学基本原理的量子密钥分发方案具备无条件安全性，从物理层面上保障了通信的安全。连续变量量子密钥分发是量子密钥分发方案的一种，它基于相干态正交分量测不准原理，保障了密钥分发的安全性。同时，由于连续变量量子密钥分发采用更高效的相干检测方式，以及其和现有光纤通信系统的兼容性，它成为了极具竞争力的商用密钥分发方案。

然而，在实际连续变量量子密钥分发系统中仍然存在一大问题。由于光纤中的随机双折射效应，量子信号在到达接收端时偏振态会发生偏转。而相干检测技术要求本振光和量子信号在偏振态上保持一致，否则会有一大部分信号功率损失。另一方面，越来越多实际场景需要量子密钥分发系统的安全保护，但其中的偏振态变化将更加地快速和无规律，这将限制量子密钥分发系统的使用场景。

为了解决这一问题，我们提出连续变量量子密钥分发系统中基于卡尔曼滤波的偏振追踪方案，从而实现偏振态追踪，进而在接收端实现偏振解复用，恢复量子信号。我们将量子信号和相位参考信号采用偏振复用的方式进行传输，并在接收端采用外差相干检测分别进行探测。我们通过卡尔曼滤波对混叠的量子信号和相位参考信号进行分离，并通过相位参考信号进行相位的恢复。该方案可在恶劣信道下准确恢复量子信号，扩展了量子密钥分发系统的适用场景。

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连续变量量子密钥分发系统的偏振追踪方法、系统及介质。

根据本发明提供的一种连续变量量子密钥分发系统的偏振追踪方法，包括：

步骤A：通过偏振复用方式实现量子信号与相位参考信号的同步传输，并通过相干检测技术分别对量子信号和相位参考信号进行探测；

步骤B：通过卡尔曼滤波算法进行偏振态的追踪，从而将混叠的量子信号和相位参考信号偏振解复用，最终在接收端准确恢复量子信号。

优选地，所述步骤A包括:

步骤A1：采用强度调制器对激光器发出的连续激光进行切割，使连续激光转化为光脉冲序列，并利用分束器分为两束光脉冲序列；

步骤A2：将一束光脉冲序列输入到IQ调制器中，并根据发送端的调制数据加载调制信号实现量子信号的正交相移键控调制，获得调制后的量子信号；

步骤A3：将另一束光脉冲序列通过时延线与量子信号对齐，生成相位参考信号；

步骤A4：将获得的调制后的量子信号及相位参考信号通过偏振复用方式进行合并，并通过标准单模光纤传输到连续变量量子密钥分发系统的接收端；

步骤A5：在接收端采用偏振分束器进行分束，并将分束后的光束分别与本振光进行光外差探测；

步骤A6：通过高速采集设备对光外差探测后获得的电压信号进行采集，采集到电压信号。