[发明专利]一种实现一维调制连续变量量子密钥分发方法

摘要

本发明公开一种实现一维调制连续变量量子密钥分发方法，所述分发方法包括在发送端内，信号光场经过第一振幅调制器和第一信号调整装置后与参考光场传输至光纤合束器，通过量子传输信道传输至接收端；通过第一数据处理装置产生第一调制电压并加载在第一振幅调制器上；在接收端内，量子信号经过第二信号调整装置和光纤分束器后分离；分离后的参考光场经过第三信号调整装置和相位调制器后与分离后的信号光场传输至测量装置；通过第二数据处理装置产生反馈电压、第二调制电压，并加载在相位调制器上，对信号光场和参考光场的相对相位锁定。通过设置一对振幅调制器和相位调制器就能够完成信号振幅的调制与相位的锁定，可简化装置结构，降低生产成本。

主权项

1.一种实现一维调制连续变量量子密钥分发方法，其特征在于，所述分发方法包括：在发送端内，通过脉冲产生装置产生信号光场和参考光场；所述信号光场经过第一振幅调制器和第一信号调整装置后与所述参考光场分别传输至光纤合束器，经过所述光纤合束器合并成一路量子信号，通过量子传输信道传输至接收端；通过第一数据处理装置产生第一调制电压并加载在所述第一振幅调制器上，以调整信号光场的振幅和相位；在接收端内，所述量子信号经过第二信号调整装置和光纤分束器后分离；分离后的参考光场经过第三信号调整装置和相位调制器后与分离后的信号光场分别传输至测量装置，通过测量装置测量脉冲光场量子态的正交分量；通过第二数据处理装置产生反馈电压、第二调制电压及测量基电压，并加载在所述相位调制器上，使得在所述反馈电压或第二调制电压和反馈电压共同的作用下，对信号光场和参考光场的相对相位锁定，以及对另一维度正交分量的起伏进行随机检测；测量的正交分量分别在第一数据处理装置和第二数据处理装置中进行数据处理，在发送端和接收端分别获得一组安全量子密钥；所述第一数据处理装置产生第一调制电压具体包括：通过量子随机发生器产生0，1随机码，将所述随机码转换成在(0,1]上均匀分的随机数；根据所述均匀分布的随机数，采用Box‑Muller方法产生高斯分布随机数X，所述高斯分布随机数X服从标准正态分布N(0,1)，对应的概率密度函数为：满足如下条件：在±3σ处进行截断，将公式(2)变换为：所述第一振幅调制器的振幅透射率r的区间为[‑1,1]，将Z＝X/3取代X，使得Z与r一一对应，则将公式(3)变换为：其中Z表示中间变量；在参考光场和信号光场的相对相位为0时，其中，E_out表示输出光信号振幅，Δ表示初始化相位，V_Π表示半波电压，V表示第一调制电压，R表示入射光场的振幅，α表示调制系数且根据公式(5)确定加载在所述第一振幅调制器上的第一调制电压为V：其中，V_max表示最大通光电压；根据以下公式确定反馈电压V_f(k)：其中，i，k用于标记数据块，K_p表示比例系数，K_I表示积分系数，K_D表示微分系数，θ表示相对相位，在相对相位锁定的过程中利用第k个数据块计算出的电压需加载在第k+1个数据块上；根据以下公式确定第一调制电压：V₁＝V_f+V_0π/3,V₂＝V_f+V_2π/3,V₃＝V_f+V_4π/3或V₃＝V_f+V_‑2π/3；    (8)其中，V_f表示反馈电压，V_0π/3表示相位角为0时的相位电压，V₁表示对应0相位角时的第一调制电压，V_2π/3表示相位角为2π/3时的相位电压，V₂表示对应2π/3相位角的第一调制电压，V_‑2π/3表示相位角为‑2π/3时的相位电压，V_4π/3表示相位角为4π/3时的相位电压，V₃表示对应‑2π/3或4π/3相位角的第一调制电压；另一维度的测量基电压V_R的计算公式为：其中V_π/2表示相位角为π/2时的相位电压；所述通过第二数据处理装置产生反馈电压、第二调制电压及测量基电压，并加载在所述相位调制器上具体包括：在一个相位值测量的全部时间段内，所述反馈电压一直加载在所述相位调制器上；在全部时间段内的测试脉冲时间段内同时加载第二调制电压。