[发明专利]相位编码QKD系统及其相位补偿装置及方法

说明书

本发明公开了一种相位编码QKD系统及其相位补偿装置及方法，本发明技术方案通过相位调制单元进行相位调制，相位调制单元可以为光纤移相器FPS，相对于现有技术采用相位调制器PM的方案，提高了效率和精度，同时大大降低了成本。而且，还可以基于经典帧信号的目标相位调制电压以及对应目标时刻，为所述相位调制单元提供相位调制电压，对量子帧信号进行主动相位补偿，基于经典帧信号的相位漂移速率对量子帧信号进行主动相位补偿，提高了相位补偿过程中相位反馈的效率和精度，减少了相位反馈时间，由于相位反馈过程不能生成密钥，减少反馈时间消耗相当于提升了生成密钥的时间，能够提高成码率。

技术领域

本发明涉及量子密钥分发(QKD)系统技术领域，更为具体的说，涉及一种相位编码QKD系统及其相位补偿装置及方法。

背景技术

量子密钥分发(Quantum Key Distribution，QKD)是新一代密钥分配方案，它的安全性由物理原理而非算法强度所保证，其是可以保证无条件安全的信息传输，因而是量子信息技术领域研究的重点。它的编码方式主要有相位编码和偏振编码两种。

在偏振编码光纤传输的量子密钥分发中，由于受到光纤双折射效应的影响，光的偏振会发生随机变化。此时，接收端如果按照约定的偏振方向进行测量就很可能产生错误的探测结果。相比偏振编码来说，光子信号在光纤中传输时其相位信息更易保持，因此绝大多数现有的光纤量子密码系统都采用相位编码方案实现。

对于相位编码的QKD系统，其发送端和接收端均具有不等臂干涉仪，由于收发双方各自的不等臂干涉仪所处环境存在温度变化以及机械振动等干扰因素，使得收发双方的干涉仪的干涉环的相位差发生变化，这样会导致两个干涉脉冲之间的相位差也随之发生缓慢偏移，最终导致不稳定干涉的结果。为此，相位编码的QKD系统必须具备相位补偿能力。

发明内容

有鉴于此，本发明技术方案提供了一种相位编码QKD系统及其相位补偿装置及方法，可以对量子帧信号进行主动相位补偿。

为了实现上述目，本发明提供如下技术方案：

一种相位编码QKD系统的相位补偿方法，所述QKD系统具有发送端和接收端，所述发送端向所述接收端发送相位编码的光脉冲信号，所述光脉冲信号包括依次发送的第i周期信号至第n周期信号，第i周期信号具有第i经典帧信号和第i量子帧信号，n为大于1的正整数，i为不大于n的正整数，通过相位调制单元对光脉冲信号进行相位调制，所述相位补偿方法包括：

获取第i经典帧信号和第i+1经典帧信号各自的目标相位调制电压以及对应目标时刻；

基于第i经典帧信号和第i+1经典帧信号各自的目标相位调制电压，获取第i+2经典帧信号的目标相位调制电压；

如果第i+2经典帧信号满足阈值条件；

基于第i经典帧信号-第i+2经典帧信号中至少两者各自的目标相位调制电压以及对应目标时刻，为所述相位调制单元提供相位调制电压，对量子帧信号进行主动相位补偿。

优选的，在上述相位补偿方法中，获取第i经典帧信号目标相位调制电压以及对应目标时刻的方法包括：

将第i经典帧信号均分为多个经典帧时段；

计算每个经典帧时段的计数对比度；

基于所述计数对比度，获取第i经典帧信号的计数对比度极值点；

该对比度极值点对应的相位调制电压以及时刻分别为第i经典帧信号的目标相位调制电压以及对应目标时刻。

优选的，在上述相位补偿方法中，获取第i+1经典帧信号目标相位调制电压以及对应目标时刻的方法包括：

基于比特翻转随机数0或1确定是否采用π相位；

如果比特翻转随机数为0，则采用0相位；