[发明专利]海水信道量子隐形传态通信方法

说明书

本发明公开了一种海水信道量子隐形传态通信方法，包括发送端制备量子态，测量一部分并通过经典信道发送接收端，将另一部分通过海水湍流信道发送接收端；接收端对海水湍流信道参数进行估计，补偿对海水湍流信道传输的数据，以经典信号传输的数据为依据进行相干检测和后处理得到最终的传输数据，完成海水信道量子隐形传态通信。本发明利用基于椭圆光束模型的蒙特卡罗估计方法较好的描述湍流带来的光束展宽与变形，对海水湍流信道参数估计更加准确；同时，利用AO单元组件能够校正高阶波前像差的功能，通过调整AO单元组件的闭环控制带宽，获得更高的混合效率，提高了海水信道条件下CVQT的性能；而且本发明可靠性高、适用性好且稳定性好。

技术领域

本发明属于量子通信技术领域，具体涉及一种海水信道量子隐形传态通信方法。

背景技术

量子隐形传态是量子通信的一个重要组成部分，它应用量子力学的纠缠特性，能在不传输物理载体本身的情况下将一个未知的量子态传送到遥远的地方，从而实现量子态的空间传输。在连续变量量子隐形传态(CVQT)协议中，量子信号的制备过程简单，相干态、压缩态等量子态均可以作为信息的载体；CVQT所使用的平衡零差探测技术是经典光通信中常用的技术，探测技术成熟，探测效率较高；此外，CVQT与经典光通信系统有更好的兼容性，在实际应用方面更具优势。

然而，理想的无限压缩态在物理上不可实现，同时量子系统不可避免地与周围环境相互作用导致量子相干性和纠缠性的退化。因此，在有限压缩及不同损耗信道条件下的提升CVQT系统的性能，成为了研究的重点。同时，CVQT系统的损耗信道已逐渐从最初的光纤信道扩展到自由空间大气信道。然而，基于海水信道的量子通信尚未得到太多关注，这主要是由于海水的组成复杂，且在外部环境因素的动态变化下很难通过精确的模型来表征光在其中的传播特性。此外，海水对光的衰减效应也比光纤和大气信道对光的衰减效应更加严重，这降低了利用海水作为通信媒介的实用性。

针对上述问题，很多研究人员提出了一些具体的保真度提升方法和信道参数估计方法，试图通过引入一些放大器来增加纠缠源纠缠水平，从而提升保真度；但是，放大器的作用是概率成功的，且成功概率与放大器的增益系数值成负相关。因此，所选取的增益系数不能过大；同时，以往信道参数估计方法忽视真实条件下的海水湍流带来的光束改变；因此，在实际工作环境中，系统并不具备很好的普适性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可靠性高、适用性好且稳定性好的海水信道量子隐形传态通信方法。

本发明提供的这种海水信道量子隐形传态通信方法，包括如下步骤：

S1.发送端制备量子态，将制备的量子态的一部分进行测量，并将测量结果通过经典信道发送至接收端；

S2.发送端将制备的量子态的另一部分通过海水湍流信道发送至接收端；

S3.接收端对海水湍流信道参数进行估计；

S4.接收端对经过海水湍流信道传输的数据进行补偿；

S5.接收端以经典信号传输的数据为依据，进行相干检测和后处理，从而得到最终的传输数据，完成海水信道量子隐形传态通信。

步骤S1所述的发送端制备量子态，将制备的量子态的一部分进行测量，并将测量结果通过经典信道发送至接收端，具体包括如下步骤：

发送端制备双模压缩真空态作为量子态；然后，将制备的双模压缩真空态中的模a通过光纤信道送到发送端50:50分束器；发送端50:50分束器将模a与未知输入态混合，再对输出进行连续变量Bell测量，得到关于正则分量x和p的测量结果，并将测量结果通过经典信道发送至接收端。