[发明专利]量子密钥分发系统相位噪声补偿方法、装置、设备及介质

说明书

本发明公开了量子密钥分发系统相位噪声补偿方法、装置、设备及介质。本发明不需要精确地估计导频信号的频偏，就能够实现量子信号的高精度相位噪声补偿。同时，该方案实现简单，在本地本振CV‑QKD系统中具有较强的实际应用意义。

技术领域

本发明属于量子保密通信技术领域，尤其涉及量子密钥分发系统相位噪声补偿方法、装置、设备及介质。

背景技术

早期量子密钥分发(QKD)技术主要以BB84协议为代表的离散变量量子密钥分发为主。为了克服离散变QKD系统成本高且与现有通信系统兼容性差等因素，早在2002年，Grosshans和Grangier两人提出了实用化连续变量QKD协议。该项工作证明了由光通信器件生成的高斯调制相干态方式也同样能实现无条件安全的量子密钥分发。其中，连续变量量子密钥分发(CV-QKD)技术主要分为随路本振和本地本振两种方案，两者之间的主要区别在于接收端本振光的生成方式。对于随路本振而言，本振光在Alice端生成并与量子信号光通过某种方式复用在一起，经过传输后，在接收端分开并进行相干探测。该方法能够保证量子信号光与本振光具有几乎一样的频率偏移和相位噪声，能够获得稳定的干涉信号。但是，由于链路衰减以及可能的窃听行为，导致了随路本振CV-QKD系统的传输距离和安全性有一定劣势。因此，在Bob端引入一个独立激光器作为本振源的本地本振CV-QKD系统得到了广泛研究。相较于随路本振，该方案的本振光不受链路的影响，一定程度上能够增加系统的安全性，提高本振光的效率。不过，由于收发端的激光器是独立运行的，其波长漂移以及激光器线宽都将直接影响量子信号的过噪声。因此，如何有效地抑制或补偿波长漂移和激光器线宽引起的相位噪声，一定程度上决定了本地本振CV-QKD的性能。

在本地本振CV-QKD系统中，主要通过强导频光信号来补偿Bob端的相位噪声。其中，导频光信号一般会在Alice端通过时分复用、频分复用、偏振复用或混合复用等方式来降低强导频光对弱量子光的影响。例如，Duan Huang等人于2015年基于时分复用方案实现了100MHz重复频率下的有效密钥传输。该方案要求接收端探测器在不同时刻相应强度悬殊的两个信号，使得探测器需同时具备低探测灵敏度和高饱和输入功率特性。此外，随着重复频率提高，系统对时间维度的控制将变得越来越困难。S.Kleis等人于2017年提出了一种频分复用的方式，在不同频率上加载导频光与量子信号光。F.Laudenbach等人利用正交的两个偏振态分别加载导频光和量子信号光，实现了导频光与量子信号光的共纤传输。为了增加强导频光与量子信号光的隔离度，多种维度的混合复用(如频分复用加偏振复用)方案被提出。在Bob端，利用相应的解复用方式，实现导频光与量子信号光分离。此处，假设导频光与量子信号光之间有稳定的频差和相位差。然后，通过估计导频光的频偏与相位，实现量子信号光的相位噪声补偿。理论上，该方法能够完全补偿Alice端与Bob端激光器拍频引入的相位噪声。但是，在实际系统中，由于频偏不一定稳定在某一个确定值，导致实际估计出来的频偏不准确。同时，频偏的不准确估计将直接影响到相位噪声的补偿，最终使CV-QKD系统得到的过噪声较大。

发明内容

本发明的目的在于，为克服现有技术缺陷，提供了量子密钥分发系统相位噪声补偿方法、装置、设备及介质,该方案不需要精确地估计导频信号的频偏，就能够实现量子信号的高精度相位噪声补偿。同时，该方案实现简单，在本地本振CV-QKD系统中具有较强的实际应用意义。

本发明目的通过下述技术方案来实现：

一种量子密钥分发系统相位噪声补偿方法，应用于本地本振连续变量量子密钥分发系统，所述方法包括：

对输入的量子信号与导频信号做带通滤波，得到滤波后的量子信号与导频信号；

对滤波后的导频信号做希尔伯特变换，得到由滤波后的导频信号作为实部、由滤波后的导频信号移相π/2后作为虚部所构成的第一复数信号；

对所述第一复数信号做移频处理使移频后的第一复数信号的中频与滤波后的量子信号一致；