[发明专利]误码率和不确定率联合反馈的光子偏振态补偿方法

摘要

一种误码率和不确定率联合反馈的光子偏振态补偿方法，量子密钥分发系统每次在长度为M的原始密钥中公布N位用于统计误码率，其中N远小于M，在原始密钥所在的有效探测序列中公布N'位伪密钥用于统计不确定率，利用误码率和不确定率在Poincaré球估计接收端的光子偏振态，实现同时补偿两个非正交的偏振态|+>和|H>。本发明的方法能在不影响量子密钥分发系统通信效率和距离、不增加系统成本的情况下对两个非正交的光子偏振态进行实时精确补偿。

主权项

一种误码率和不确定率联合反馈的光子偏振态补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：将量子密钥分发系统期望接收的光子偏振态用Poincaré球上的一个点表示，实时偏振态与期望偏振态的夹角就对应当前的误码率，实时偏振态与期望的非正交偏振态的夹角就对应当前的不确定率；统计发送端和接收端对基成功时光子偏振态对自身偏振态的误码率，在Poincaré球上将实时偏振态定位到相对期望偏振态的夹角对应前述误码率的圆上；统计发送端和接收端对基失败时光子偏振态对期望的非正交偏振态的不确定率，在Poincaré球上进一步将实时偏振态定位到前述圆上的两个点；前述两个点到期望偏振态和期望的非正交偏振态的夹角都是相等的，随机选择一个点作为实时偏振态进行试探性补偿，如果误码率减小，则可判定选择正确，反之，另一点即是实时偏振态；根据判定的实时偏振态，按照通用的方法调节偏振控制装置，实现对量子密钥分发系统光子偏振态的补偿；其中；量子密钥分发系统每次在长度为M的原始密钥中公布N位用于统计误码率，其中N远小于M，在原始密钥所在的有效探测序列中公布N位伪密钥用于统计不确定率，利用误码率和不确定率在Poincaré球估计接收端的光子偏振态，实现同时补偿两个非正交的偏振态|+>和|H>，具体包括以下步骤：(a)、量子密钥分发系统的接收端在长度为M的原始密钥所在的有效探测序列内随机挑选N’位对基失败的探测结果，称为伪密钥，通过经典信道向发送端公开，其中N’≥N；(b)、将非正交的两个偏振态|+>和|H>分别标记为A和B；(c)、将A在Poincaré球上对应的点记为A0，A0是A在接收端的期望偏振态，将B在Poincaré球上对应的点记为B0，B0是B在接收端的期望偏振态，A0与B0的夹角，即相应半径的夹角，取值范围为(0,π)；(d)、在公开的N位密钥中，统计A的误码率为EA；(e)、在Poincaré球上作圆CE，使得该圆CE上的点与A0的夹角的半角的余弦值为(1‑EA)的正平方根；(f)、在公开的N’位伪密钥中，统计发送端编码为A但接收端探测为B的概率，即A相对B的不确定率，记为UA；(g)、在Poincaré球上作圆CU，使得该圆CU上的点与B0的夹角的半角的余弦值为UA的正平方根；(h)、将CE记为CEA，将CU记为CUA，然后将非正交的偏振态|+>和|H>分别标记为B和A，重复步骤(c)～(g)，将得到的将CE记为CEB，将CU记为CUB；(i)、按照下述情况判定实时偏振态，采取通用的方法调节偏振控制装置，实现对量子密钥分发系统光子偏振态的补偿：如果CEA与CUA、CEB与CUB均仅有1个交点，则将这两个点分别作为A在接收端的实时偏振态A1和B在接收端的实时偏振态B1进行补偿，然后转到(a)进行下一轮补偿；如果CEA与CUA有1个交点，CEB与CUB有2个交点，则先将CEA与CUA的交点作为A在接收端的实时偏振态A1，接着对CEB与CUB的2个交点进行试探性补偿来判定B在接收端的实时偏振态B1，然后去除试探性补偿，根据选定的A1和B1进行补偿，然后转到(a)进行下一轮补偿；如果CEA与CUA有1个交点，CEB与CUB没有交点，则先将CEA与CUA的交点作为A在接收端的实时偏振态A1，接着在CEB与CUB上取相互距离最近的2个点，从中选取与A1的夹角最接近直角的点作为B在接收端的实时偏振态B1，根据选定的A1和B1进行补偿，然后转到(a)进行下一轮补偿；如果CEA与CUA、CEB与CUB均有2个交点，则先对误码率较大的两个点进行试探性补偿来判定一个实时偏振态A1或B1，接着从误码率较小的两个点中选择与已判定的A1或B1的夹角最接近直角的点作为另一个实时偏振态B1或A1，然后去除试探性补偿，根据选定的A1和B1进行补偿，然后转到(a)进行下一轮补偿；如果CEA与CUA有2个交点，CEB与CUB有1个交点，则先将CEB与CUB的交点作为B在接收端的实时偏振态B1，接着对CEA与CUA的2个交点进行试探性补偿来判定A在接收端的实时偏振态A1，然后去除试探性补偿，根据选定的A1和B1进行补偿，然后转到(a)进行下一轮补偿；如果CEA与CUA有2个交点，CEB与CUB没有交点，则先对CEA与CUA的2个交点采用试探性补偿来判定A的实时偏振态A1，接着在CEB与CUB上取相互距离最近的2个点，从中选取与A1的夹角最接近直角的点作为B在接收端的实时偏振态B1，然后去除试探性补偿，根据选定的A1和B1进行补偿，然后转到(a)进行下一轮补偿；如果CEA与CUA、CEB与CUB均没有交点，此时两组圆各有2个相互距离最近的点，则先选取相互距离更近的位于CEA或CEB上的那个点作为一个实时偏振态A1或B1，接着从另一组相互距离最近的2个点中选择与已判定的A1或B1的夹角最接近直角的点作为另一个实时偏振态B1或A1，根据选定的A1和B1进行补偿，然后转到(a)进行下一轮补偿；如果CEA与CUA没有交点，CEB与CUB有1个交点，则将CEB与CUB的交点作为B在接收端的实时偏振态B1，接着在CEA与CUA上取相互距离最近的2个点，从中选择与B1的夹角最接近直角的点作为A在接收端的实时偏振态A1，根据选定的A1和B1进行补偿，然后转到(a)进行下一轮补偿；如果CEA与CUA没有交点，CEB与CUB有2个交点，则先对CEB与CUB的2个交点采用试探性补偿来判定B的实时偏振态B1，接着在CEA与CUA上取相互距离最近的2个点，从中选取与B1的夹角最接近直角的点作为A在接收端的实时偏振态A1，然后去除试探性补偿，根据选定的A1和B1进行补偿，然后转到(a)进行下一轮补偿。