[发明专利]提高CVQKD系统相位补偿精度和通信效率的方法及系统

说明书

本发明涉及通信技术领域，本发明公开了一种提高CVQKD系统相位补偿精度和通信效率的方法及系统，本发明在传统CVQKD系统中的信号光路添加一个控制器，以对信号光分成的校验序列和有效序列的振幅进行独立控制，使校验序列的振幅大于有效序列的最大振幅，从而提升相位补偿精度。同时缩短校验序列的长度，降低校验序列在整个通信过程中的比例，使覆盖的周期由原来的2π降为π，并通过极值搜索算法快速计算相位漂移值，以缩短相位漂移值的计算时间。本发明可降低相位漂移导致的系统过噪声，减少资源占用，有效提升系统安全码率。

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种提高CVQKD系统相位补偿精度和通信效率的方法及系统。

背景技术

量子密钥分发是量子信息科学中最接近实用化的研究方向之一，它能使合法的通信双方实现无条件安全的远距离通信。连续变量量子密钥分发(Continuous VariableQuantum Key Distribution，CVQKD)系统因具备器件成熟、成本低、速率高，且与经典光通信系统兼容等优势，极具发展前景。

基于高斯调制相干态协议的CVQKD系统发送端通常采用相干态作为光源，然后对其进行控制产生脉冲光并分成强弱不等的两束，强度较强的一束作为本振光，强度较弱的一束作为信号光。采用振幅调制器和相位调制器对信号光的正交分量做均值为零的高斯调制，再通过衰减器将信号光强度衰减至十光子量级，并采用不等臂光路结构与本振光合束实现偏振和时分复用，然后进入光纤信道进行传输。到达接收端后，首先完成偏振和时分解复用，然后采用电光调制器对本振光进行0或π/2的随机相位加载(即完成基选择)后，经平衡探测器完成量子态的测量并转换成电信号由采集设备获取原始数据并进行处理、分析从而获取最终的安全密钥。

由以上可知，密钥分发系统获取的数据与本振光和信号光的干涉结果强相关。而不等臂光路结构，也就是不等臂M-Z干涉仪两臂的长度易受到温度等外界环境的影响而发生变化，从而导致两臂的相位差不能保持长期稳定，这种变化引起的不稳定相位差被称为相位漂移。因此，在系统中需要对相位漂移进行实时补偿以减小对系统安全码率的影响。现有常用的补偿方案是在信号光中采用时分复用的方法添加强度与信号光最大强度相等，相位变化覆盖一整个周期2π的校验序列。在平衡探测器获取的信号中提取校验序列，并计算相位漂移值，依此控制相位补偿的大小。然而由于校验序列的强度非常弱，经过光纤信道传输后又无法避免地引入噪声，导致相位补偿精度不高；校验序列的相位遍历范围大，在单位时间内的校验序列的占比过大，且在进行漂移值计算时，耗时长，导致系统通信效率低。

CVQKD系统中用于进行相位补偿的校验脉冲序列主要从主动控制其振幅和相位的方法出发进行设计。在进行振幅控制时，采用对信号光进行高斯调制的振幅调制器，使校验序列的振幅大于信号光的最大振幅。这是一个简单易行且成本较低的实现方案，但该方案会导致信号序列振幅调制范围减小，调制精度降低，调制消光比降低，进而导致调制过噪声增大，安全码率降低。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种提高CVQKD系统相位补偿精度和通信效率的方法及系统，通过独立控制信号光分成的校验序列和有效序列的振幅，并缩短校验序列在单位时间内的占比，优化相位漂移值的计算方法，可降低相位漂移导致的系统过噪声，减少资源占用，有效提升系统安全码率。

本发明的一种提高CVQKD系统相位补偿精度和通信效率的方法，包括以下步骤：

在传统CVQKD系统中的信号光路添加一个控制器，以对信号光分成的校验序列和有效序列的振幅进行独立控制，使校验序列的振幅大于有效序列的最大振幅，从而提升相位补偿精度；

缩短校验序列的长度，降低校验序列在整个通信过程中的比例，使覆盖的周期由原来的2π降为π，并通过极值搜索算法快速计算相位漂移值，以缩短相位漂移值的计算时间。

进一步的，所述控制器包括电控衰减器、电光强度调制器或声光调制器。