[发明专利]一种基于迭代原理的量子通信的方法与装置

摘要

本发明属于量子通信技术领域，具体为一种基于迭代原理的量子通信的方法与装置。本发明采用基于迭代原理的量子通信接收机，首先由波束分束器对信号进行分区，即分为若干互不重叠的子分区；然后由位移操作单元利用平移算符将分区后的信号与本振场进行相干叠加；再由光子计数器PNRD对信号进行光子检测；最后由ESE和DEC解码器对信号进行解码，获得接收信号；其中，利用迭代检测方法，更新接收信号的先验信息，对信号实现软解调。本发明具有优良的译码性能，可应用于量子通信系统中。

主权项

1.一种基于迭代原理的量子通信装置，为量子接收机，其特征在于，该接收机包括波束分束器、位移操作单元、光子计数单元PNRD和迭代检测单元；迭代检测单元由基本信号检测模块（ESE）与译码模块（DEC）组成；其中，波束分束器用于对信号进行分区，即分为若干互不重叠的子分区；位移操作单元利用平移算符将分区后的信号与本振场进行相干叠加；光子计数器采用PNRD检测器，对上述平移后的信号进行光子检测；得到的信号通过ESE和DEC进行解码，获得接收信号；其中利用迭代检测方法，更新接收信号的先验信息，对信号实现软解调；各模块的工作流程为：定义M‑ary PSK相干态为：；  (1)接收机的波束分束器将接收信号分为相邻的互不重叠的N个分区，第j个分区内对应的信号为：  (2)且有；在第j各分区内，接收机首先通过位移操作单元，将波束分束器接收到的信号与相应的本振场进行相干叠加，则第j个分区内的场强为：  (3)其中，为模式失配因子；第j个分区内的本征场满足：  (4)上式中，由迭代检测的结果所给出；平移后的信号经过光子计数单元，即PNRD检测器检测出光子数为，对于可以探测n个光子的PNRD检测器，若输入的相干态为，平移后的信号为，检测出个光子数的概率为：；  (5)第j个分区内调制信号的后验概率通过下式计算：，  (6)为先验概率，在ESE模块中，已知，求解最大后验概率，并判定的取值，后验概率表示第j个分区内调制信号的后验概率并根据后验概率得到比特信息的外对数似然比，DEC模块根据外对数似然比计算比特信息的先验对数似然比，经过一定次数的迭代，最终通过后验对数似然比进行硬判决输出；进一步：对于PNRD检测器，公式(6)中的先验概率为：.  (7)其中，和为接收器的量子效率与暗计数；在ESE模块中，比特的后验对数似然比为：,  (8)其中，和分别为外对数似然比与先验对数似然比；对于第一次迭代检测，先验对数似然比设定为0，即；则先验概率为：  (9)故根据公式(6)，得到后验对数似然比：  (10)而外对数似然比为：  (11)在DEC模块中，输出的先验对数似然比等于后验对数似然比，即：  (12)从而在下一次迭代中将更新的先验对数似然比回代公式(9)；而本振场的取值从：  (13)得到；经过若干次迭代，恢复信号 即通过对硬判决得到。