[发明专利]基于演化历史重构的光子偏振态补偿方法

说明书

一种基于演化历史重构的光子偏振态补偿方法，将在量子密钥分发中进行偏振态演化重构的新的奈奎斯特方法应用到偏振态实时预测和补偿中，提高依据量子光信号的测量结果进偏振态补偿的精度和跟踪快速偏振变化的能力。

技术领域

本发明涉及一种光子偏振态补偿技术，尤其是需要稳定光子偏振态的量子通信系统，具体的说是一种基于演化历史重构的光子偏振态补偿方法。

背景技术

目前，公知的量子密钥分发系统使用的偏振补偿方案主要有双向光路偏振自补偿、中断式补偿、时分复用补偿和波分复用补偿[光纤量子密钥分发系统的几种偏振补偿技术，王剑，激光与光电子学进展]，以及最近出现的基于量子态重构的偏振补偿方法[专利201510228202.6和201510575570.8]。基于双向光路结构偏振自补偿方案存在安全漏洞，不能使用。中断式偏振补偿易于实现，但是占用了密钥分发的时隙、降低了系统效率，而且跟踪快速偏振变化的能力较差。时分/波分复用偏振补偿方案通过使用参考光来估计量子光信号的偏振态，虽然提高了系统的偏振跟踪性能，但是增加了系统的成本和复杂度。基于量子态重构的偏振补偿方法通过从量子光信号的测量结果中重构被测的偏振态，在不依赖参考光的条件下做到了实时的偏振补偿，但是这种方法重构偏振态时采用的是平均近似，不能精确反映近似时间区间内偏振态的改变，也不能充分利用偏振态的历史信息来估计当前的偏振态，因而补偿的精度和跟踪快速偏振变化的能力仍相对有限。

发明内容

本发明的目的是将在量子密钥分发中进行偏振态演化重构的新的奈奎斯特方法应用到偏振态实时预测和补偿中，提高依据量子光信号的测量结果进偏振态补偿的精度和跟踪快速偏振变化的能力。

本发明的技术方案是：

本发明提供一种基于演化历史重构的光子偏振态补偿方法，该方法包括以下步骤：

(a)、量子通信发送端使用两组或三组非正交的基对光子偏振态进行编码，接收端使用三组非正交的基对光子偏振态进行解码，发送端和接收端至少有两组基相同；

(b)、量子通信发送和接收的重复周期为T，通过校准，测得没有信道扰动时系统的基底量子误码率为QBER_B，设定系统偏振补偿期望的长期平均量子误码率为QBER_T；

(c)、收发双方约定四个参数A、B、P和U，其中A、B、P为自然数，U为纯小数，记补偿的周期为A×T、重构时的奈奎斯特周期为B×T、重构的时间段长度为P×B×T、窃听检测时公开结果的比例为U；

(d)、根据要补偿的偏振态扰动带宽F，单位为Hz，确定重构时的奈奎斯特周期为B×T，使得B×T接近但不大于约定A的最小值为A_N，A的最大值为10×B、P的取值范围为1～100，U的取值范围为0.1～0.9，A变化的步长为不小于A_N/10的最小自然数，记为S_A，P变化的步长为1，U变化的步长为0.1；

(e)将A的值设置为A_N，将P的值设置为100，将U的值设置为0.9，设置一个补偿计时器C_T、一个数据时间长度参数T_R，然后开始进行通信；

(f)收发双方在编码使用的偏振态中约定任意两个待补偿的非正交偏振态|H和|+，将T_R置零，然后将补偿计时器C_T清零后开始计时；

(g)等待补偿计时器C_T的时间达到一个补偿周期A×T，然后将C_T清零后重新计时，将数据时间长度参数T_R加上A×T；