[發明專利]提高CVQKD系統相位補償精度和通信效率的方法及系統

有效

• 申請號: 202010540653.4
• 申請日: 2020-06-15
• 公開（公告）號: CN111769881B
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 劉金璐;徐兵杰;樊礬;張濤;楊杰;王恒;黃偉
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第三十研究所
• 主分類號: H04B10/54
• 分類號: H04B10/54;H04B10/548;H04B10/70;H04L9/08
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 管高峰

本發明涉及通信技術領域，本發明公開了一種提高CVQKD系統相位補償精度和通信效率的方法及系統，本發明在傳統CVQKD系統中的信號光路添加一個控制器，以對信號光分成的校驗序列和有效序列的振幅進行獨立控制，使校驗序列的振幅大于有效序列的最大振幅，從而提升相位補償精度。同時縮短校驗序列的長度，降低校驗序列在整個通信過程中的比例，使覆蓋的周期由原來的2π降為π，并通過極值搜索算法快速計算相位漂移值，以縮短相位漂移值的計算時間。本發明可降低相位漂移導致的系統過噪聲，減少資源占用，有效提升系統安全碼率。

技術領域

本發明涉及通信技術領域，尤其涉及一種提高CVQKD系統相位補償精度和通信效率的方法及系統。

背景技術

量子密鑰分發是量子信息科學中最接近實用化的研究方向之一，它能使合法的通信雙方實現無條件安全的遠距離通信。連續變量量子密鑰分發(Continuous VariableQuantum Key Distribution，CVQKD)系統因具備器件成熟、成本低、速率高，且與經典光通信系統兼容等優勢，極具發展前景。

基于高斯調制相干態協議的CVQKD系統發送端通常采用相干態作為光源，然后對其進行控制產生脈沖光并分成強弱不等的兩束，強度較強的一束作為本振光，強度較弱的一束作為信號光。采用振幅調制器和相位調制器對信號光的正交分量做均值為零的高斯調制，再通過衰減器將信號光強度衰減至十光子量級，并采用不等臂光路結構與本振光合束實現偏振和時分復用，然后進入光纖信道進行傳輸。到達接收端后，首先完成偏振和時分解復用，然后采用電光調制器對本振光進行0或π/2的隨機相位加載(即完成基選擇)后，經平衡探測器完成量子態的測量并轉換成電信號由采集設備獲取原始數據并進行處理、分析從而獲取最終的安全密鑰。

由以上可知，密鑰分發系統獲取的數據與本振光和信號光的干涉結果強相關。而不等臂光路結構，也就是不等臂M-Z干涉儀兩臂的長度易受到溫度等外界環境的影響而發生變化，從而導致兩臂的相位差不能保持長期穩定，這種變化引起的不穩定相位差被稱為相位漂移。因此，在系統中需要對相位漂移進行實時補償以減小對系統安全碼率的影響。現有常用的補償方案是在信號光中采用時分復用的方法添加強度與信號光最大強度相等，相位變化覆蓋一整個周期2π的校驗序列。在平衡探測器獲取的信號中提取校驗序列，并計算相位漂移值，依此控制相位補償的大小。然而由于校驗序列的強度非常弱，經過光纖信道傳輸后又無法避免地引入噪聲，導致相位補償精度不高；校驗序列的相位遍歷范圍大，在單位時間內的校驗序列的占比過大，且在進行漂移值計算時，耗時長，導致系統通信效率低。

CVQKD系統中用于進行相位補償的校驗脈沖序列主要從主動控制其振幅和相位的方法出發進行設計。在進行振幅控制時，采用對信號光進行高斯調制的振幅調制器，使校驗序列的振幅大于信號光的最大振幅。這是一個簡單易行且成本較低的實現方案，但該方案會導致信號序列振幅調制范圍減小，調制精度降低，調制消光比降低，進而導致調制過噪聲增大，安全碼率降低。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提出一種提高CVQKD系統相位補償精度和通信效率的方法及系統，通過獨立控制信號光分成的校驗序列和有效序列的振幅，并縮短校驗序列在單位時間內的占比，優化相位漂移值的計算方法，可降低相位漂移導致的系統過噪聲，減少資源占用，有效提升系統安全碼率。

本發明的一種提高CVQKD系統相位補償精度和通信效率的方法，包括以下步驟：

在傳統CVQKD系統中的信號光路添加一個控制器，以對信號光分成的校驗序列和有效序列的振幅進行獨立控制，使校驗序列的振幅大于有效序列的最大振幅，從而提升相位補償精度；

縮短校驗序列的長度，降低校驗序列在整個通信過程中的比例，使覆蓋的周期由原來的2π降為π，并通過極值搜索算法快速計算相位漂移值，以縮短相位漂移值的計算時間。

進一步的，所述控制器包括電控衰減器、電光強度調制器或聲光調制器。