[發明專利]量子密鑰分發系統相位噪聲補償方法、裝置、設備及介質

有效

• 申請號: 202210363969.X
• 申請日: 2022-04-08
• 公開（公告）號: CN114650206B
• 公開（公告）日: 2023-05-05
• 發明（設計）人: 盤艷;徐兵杰;王恒;皮峣迪;邵云;黃偉;李揚
• 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: H04L27/38
• 分類號: H04L27/38;H04L9/08;H04L25/08
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 劉世權

本發明公開了量子密鑰分發系統相位噪聲補償方法、裝置、設備及介質。本發明不需要精確地估計導頻信號的頻偏，就能夠實現量子信號的高精度相位噪聲補償。同時，該方案實現簡單，在本地本振CV?QKD系統中具有較強的實際應用意義。

技術領域

本發明屬于量子保密通信技術領域，尤其涉及量子密鑰分發系統相位噪聲補償方法、裝置、設備及介質。

背景技術

早期量子密鑰分發(QKD)技術主要以BB84協議為代表的離散變量量子密鑰分發為主。為了克服離散變QKD系統成本高且與現有通信系統兼容性差等因素，早在2002年，Grosshans和Grangier兩人提出了實用化連續變量QKD協議。該項工作證明了由光通信器件生成的高斯調制相干態方式也同樣能實現無條件安全的量子密鑰分發。其中，連續變量量子密鑰分發(CV-QKD)技術主要分為隨路本振和本地本振兩種方案，兩者之間的主要區別在于接收端本振光的生成方式。對于隨路本振而言，本振光在Alice端生成并與量子信號光通過某種方式復用在一起，經過傳輸后，在接收端分開并進行相干探測。該方法能夠保證量子信號光與本振光具有幾乎一樣的頻率偏移和相位噪聲，能夠獲得穩定的干涉信號。但是，由于鏈路衰減以及可能的竊聽行為，導致了隨路本振CV-QKD系統的傳輸距離和安全性有一定劣勢。因此，在Bob端引入一個獨立激光器作為本振源的本地本振CV-QKD系統得到了廣泛研究。相較于隨路本振，該方案的本振光不受鏈路的影響，一定程度上能夠增加系統的安全性，提高本振光的效率。不過，由于收發端的激光器是獨立運行的，其波長漂移以及激光器線寬都將直接影響量子信號的過噪聲。因此，如何有效地抑制或補償波長漂移和激光器線寬引起的相位噪聲，一定程度上決定了本地本振CV-QKD的性能。

在本地本振CV-QKD系統中，主要通過強導頻光信號來補償Bob端的相位噪聲。其中，導頻光信號一般會在Alice端通過時分復用、頻分復用、偏振復用或混合復用等方式來降低強導頻光對弱量子光的影響。例如，Duan?Huang等人于2015年基于時分復用方案實現了100MHz重復頻率下的有效密鑰傳輸。該方案要求接收端探測器在不同時刻相應強度懸殊的兩個信號，使得探測器需同時具備低探測靈敏度和高飽和輸入功率特性。此外，隨著重復頻率提高，系統對時間維度的控制將變得越來越困難。S.Kleis等人于2017年提出了一種頻分復用的方式，在不同頻率上加載導頻光與量子信號光。F.Laudenbach等人利用正交的兩個偏振態分別加載導頻光和量子信號光，實現了導頻光與量子信號光的共纖傳輸。為了增加強導頻光與量子信號光的隔離度，多種維度的混合復用(如頻分復用加偏振復用)方案被提出。在Bob端，利用相應的解復用方式，實現導頻光與量子信號光分離。此處，假設導頻光與量子信號光之間有穩定的頻差和相位差。然后，通過估計導頻光的頻偏與相位，實現量子信號光的相位噪聲補償。理論上，該方法能夠完全補償Alice端與Bob端激光器拍頻引入的相位噪聲。但是，在實際系統中，由于頻偏不一定穩定在某一個確定值，導致實際估計出來的頻偏不準確。同時，頻偏的不準確估計將直接影響到相位噪聲的補償，最終使CV-QKD系統得到的過噪聲較大。

發明內容

本發明的目的在于，為克服現有技術缺陷，提供了量子密鑰分發系統相位噪聲補償方法、裝置、設備及介質,該方案不需要精確地估計導頻信號的頻偏，就能夠實現量子信號的高精度相位噪聲補償。同時，該方案實現簡單，在本地本振CV-QKD系統中具有較強的實際應用意義。

本發明目的通過下述技術方案來實現：

一種量子密鑰分發系統相位噪聲補償方法，應用于本地本振連續變量量子密鑰分發系統，所述方法包括：

對輸入的量子信號與導頻信號做帶通濾波，得到濾波后的量子信號與導頻信號；

對濾波后的導頻信號做希爾伯特變換，得到由濾波后的導頻信號作為實部、由濾波后的導頻信號移相π/2后作為虛部所構成的第一復數信號；

對所述第一復數信號做移頻處理使移頻后的第一復數信號的中頻與濾波后的量子信號一致；