CN109889260A - Cvqkd系统中调制噪声抑制的方法、系统及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种CVQKD系统中调制噪声抑制的方法、系统及介质，包括：信号分离步骤：将CVQKD系统中经过强度调制器调制后的光信号，经分束器分离获得分离后的光信号，输出分离后的光信号；信号转换步骤：根据接收到的分离后的光信号，Homodyne探测器进行探测之后以电压信号的形式输出电压信号U，通过模数转换器A/D将电压信号U转化为离散的数字信号Ui，输出离散的数字信号Ui。该方案可以基于密钥信息来实时消除直流偏置电压和半波电压的漂移及强度调制器初始相位变化带来的影响，进而精确地稳定直流偏置点，从而可以有效地抑制强度调制器直流偏置点漂移所带来的额外过噪声。
Description
技术领域
本发明涉及噪声抑制技术领域，具体地，涉及CVQKD系统中调制噪声抑制的方法、系统及存储介质。
背景技术
在这个高度信息化的伟大时代，随着电子商务、移动支付及互联网金融等新兴业务地蓬勃发展，信息安全问题已经成为人们关注的焦点。而基于量子物理学的保密通信技术可以实现信息绝对安全地传输，其中量子密钥分发(QKD，quantum key distribution)技术是研究最为成熟地一个分支。目前，量子密钥分发系统主要分为离散变量量子密钥分发(DVQKD，discrete-variable quantum key distribution)系统和连续变量量子密钥分发(CVQKD,continuous-variable quantum key distribution)系统两大类。与DVQKD系统相比，CVQKD系统具有信息载体容易制备、利用平衡零差或外差探测器代替易受暗计数噪声影响的单光子探测器等优势。因此对CVQKD系统继续深入地研究，并促进其尽早地商业化是一个迫在眉睫地工作。
基于高斯调制相干态的连续变量量子密钥分发(GMCS CVQKD)是一个著名的方案。该方案已经被许多科研小组在实验室和现场进行实验实现。然而，在实际实验实现的过程中存在一系列违背安全性证明过程中假设的不完美性。这些不完美性主要分为两类：一是引入安全漏洞的不完美性，这个漏洞可以被窃听者利用来隐藏自己窃听行为；二是仅仅带来额外过噪声的不完美性，这个额外的过噪声将恶化系统的性能。目前，这些不完美性仍然是阻碍CVQKD系统商业化应用的一个主要障碍。因此对漏洞的填补及额外过噪声的抑制的研究极其重要。
在CVQKD方案的实际实现过程中，高斯调制是通过铌酸锂波导电光强度和相位调制器完成的。然而，由于电场特性和环境扰动，CVQKD实际实现系统中不可避免地存在不完美的高斯调制。高斯调制的不完美性主要来自于以下不同的原因，比如，强度调制器直流偏置电压的漂移、强度调制器和相位调制器半波电压的漂移、强度调制器和相位调制器中输入光信号的不完美到达等等。同时，这些不完美性将会带来一个恶化系统性能的噪声，即调制噪声。因此为了提高不完美高斯调制下CVQKD系统的实际性能，从而对调制噪声抑制方法的研究至关重要。
针对不同的不完美高斯调制情况，可以设计相应的噪声抑制方案。特别地，高斯调制噪声中的一部分主要来自于强度调制器偏置点的漂移。该不完美性主要来自于直流偏置电压及半波电压的漂移。因此，强度调制器直流偏置点的稳定技术可以有效地抑制源于强度调制器偏置点漂移的额外过噪声。
专利文献CN105024809B(申请号：201510435726.2)公开了一种基于高斯调制相干态的长距离连续变量量子密钥分发方法，包括：步骤A：连续变量初始密钥分发步骤，是指利用发送方Alice通过相干态进行高斯调制并经过光纤信道进行远距离传输后由接收方Bob进行解调检测，获得初始连续密钥数据；步骤B：是指利用数据后处理算法对获得的初始连续密钥数据进行预处理、纠错及保密增强，获取最终安全二进制比特密钥。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种CVQKD系统中调制噪声抑制的方法、系统及存储介质。
根据本发明提供的一种CVQKD系统中调制噪声抑制的方法，包括：
信号分离步骤：将CVQKD系统中经过强度调制器调制后的光信号，经分束器分离获得分离后的光信号，输出分离后的光信号；
信号转换步骤：根据接收到的分离后的光信号，Homodyne探测器进行探测之后以电压信号的形式输出电压信号U，通过模数转换器A/D将电压信号U转化为离散的数字信号Ui，输出离散的数字信号Ui；
偏置电压调整步骤：根据接收到的离散的数字信号Ui，令控制单元CU进行参数计算并与预设标准进行对比，判断偏差是否超过预设阈值：若偏差不超过预设的阈值εbias，则保持直流偏置电压Vbias不变，并输出直流偏置电压Vbias；否则，调整直流偏置电压Vbias的值直到满足阈值为止，并输出调整后的直流偏置电压Vbias；
强度调制步骤：根据接收到的直流偏置电压Vbias，数模转换器D/A转换为模拟信号并快速地反馈给CVQKD系统的控制模块，进而给强度调制器加载相应的直流偏置电压Vbias。
优选地，所述信号分离步骤：
设置分束器的分束比为ηb，则分离出的光信号的光强如下：
其中，
IS表示经分束器分离出的光信号的光强；
Imax表示强度调制器输入光信号振幅的平方值；
ηb表示分束器设置的分束比；
k表示固定系数；
Vπ表示半波电压值；
V(t)表示基于密钥信息所得的调制电压值；
t表示密钥信息输入CVQKD系统的时刻；
φ0表示强度调制器固有的初始相位值；
Vbias表示强度调制器直流偏置电压的值；
在CVQKD系统中为了使强度调制器工作在线性区域，使其处于偏置点，则
优选地，所述偏置电压调整步骤包括：
偏置电压计算及标准设置步骤：根据强度调制器固有的初始相位值φ0及半波电压值Vπ来计算初始的直流偏置电压值Vbias,o，求得平均光强关于直流偏置电压的一阶导数，最后求得偏置点时的一阶导数理论值d1，并将d1设置为标准条件；
数字信号Ui处理步骤：强度调制器加载初始直流偏置电压Vbias,o时，根据数字信号Ui来推算分离的信号光信号的平均光强<I1>，再根据平均光强<I1>计算平均光强关于直流偏置电压的实际的一阶导数计算值dp；
反馈信号生成步骤：根据获得一阶导数的理论值d1及一阶导数计算值dp，判断两者之间的偏差是否超过预设的阈值：若偏差不超过预设的阈值εbias，则保持直流偏置电压Vbias不变，并输出直流偏置电压Vbias；否则，调整直流偏置电压Vbias的值直到满足阈值为止，并输出调整后的直流偏置电压Vbias。
优选地，所述偏置电压计算及标准设置步骤：
根据强度调制器固有的初始相位值φ0及半波电压值Vπ来计算直流偏置电压的初始值Vbias,o，直流偏置电压的初始值可以表示为：
其中，
Vbias,o表示直流偏置电压的初始值；
依据密钥信息来计算强度调制器所需加载的调制电压V(t)，进而求得经过一段时间Tb所分离的光信号的平均光强，平均光强值可以表示为：
其中，
<IS(t)>表示经过一段时间Tb所分离的光信号的平均光强值；
<>表示求平均值；
IS(t)表示t时刻经分束器所分离的光信号的光强值；
Tb表示分离一部分光信号所设置的时间，同时也对应于后续步骤中探测器的采样时间；
并求得平均光强关于直流偏置电压的一阶导数，一阶导数可以表示为：
其中，
表示平均光强关于直流偏置电压的一阶导数；
最后求得偏置点时的一阶导数的理论值d1，表示为：
当强度调制器工作在偏置点时，输出光信号的平均光强关于直流偏置电压的一阶导数值d1为极小值；
所述数字信号Ui处理步骤：
在强度调制器加载初始直流偏置电压Vbias,o时，根据数字信号Ui中的强度调制器在加载初始直流偏置电压值Vbias,o时所采集的第一个数字信号U1，来推算分离的信号光信号的平均光强<I1>，表示如下：
其中，
<I1>表示在初始直流偏置电压下分离的信号光信号的平均光强；
<n1>表示在初始直流偏置电压下分离光信号的平均光子数；
N0表示散粒噪声值；
ξd＝εdN0为探测过程中噪声的方差；
εd表示探测噪声以散粒噪声为单位进行归一化后的值；
表示此时段分离的光信号的正则位置的测量方差，它可以由探测的离散信号求得，表示如下：
其中，
PLO为本振光强度；
ρ为探测器中光电二极管的响应度；
g为Homodyne探测器总的放大倍数；
B为探测器的带宽；
h为普朗克常量；
f为输入光信号的频率；
Var(U1)为该直流偏置电压下采样Tb时段所得样本U1中离散电压信号的方差，可以表示为：
其中，
<U1 2>表示对样本U1中的数据的平方求均值；
<U1>2表示样本U1中数据的均值的平方；
Nu表示样本容量；
U1表示输入控制单元中的采样样本；
U1j表示样本U1中的第j个数据；
随后给直流偏置电压增加一个大小为ΔV的步进电压，然后推算在此直流偏置电压下分离的信号光的平均光强<I2>，最后根据上述计算的数据可以计算平均光强关于直流偏置电压的实际的一阶导数值dp，该值可以表示为：
dp表示根据采样的数据求得的平均光强关于直流偏置电压的实际的一阶导数值；
ΔV表示步进电压的大小；
<I2>表示对直流偏置电压加载一个步进电压后所分离的信号光的平均光强值。
优选地，所述反馈信号生成步骤：
所述调整直流偏置电压Vbias的值指：在迭代的过程中，判断dp与d1的偏差与阈值的差距是否在缩小：如果dp与d1的偏差与阈值的差距在缩小，则直流偏置电压继续增加一个步进电压的值直至满足条件为止；否则，直流偏置电压应连续地减小一个步进电压的值直至满足阈值条件。
根据本发明提供的一种CVQKD系统中调制噪声抑制的系统，包括：
信号分离模块：将CVQKD系统中经过强度调制器调制后的光信号，经分束器分离获得分离后的光信号，输出分离后的光信号；
信号转换模块：根据接收到的分离后的光信号，Homodyne探测器进行探测之后以电压信号的形式输出电压信号U，通过模数转换器A/D将电压信号U转化为离散的数字信号Ui，输出离散的数字信号Ui；
偏置电压调整模块：根据接收到的离散的数字信号Ui，令控制单元CU进行参数计算并与预设标准进行对比，判断偏差是否超过预设阈值：若偏差不超过预设的阈值εbias，则保持直流偏置电压Vbias不变，并输出直流偏置电压Vbias；否则，调整直流偏置电压Vbias的值直到满足阈值为止，并输出调整后的直流偏置电压Vbias；
强度调制模块：根据接收到的直流偏置电压Vbias，数模转换器D/A转换为模拟信号并快速地反馈给CVQKD系统的控制模块，进而给强度调制器加载相应的直流偏置电压Vbias。
优选地，所述信号分离模块：
设置分束器的分束比为ηb，则分离出的光信号的光强如下：
其中，
IS表示经分束器分离出的光信号的光强；
Imax表示强度调制器输入光信号振幅的平方值；
ηb表示分束器设置的分束比；
k表示固定系数；
Vπ表示半波电压值；
V(t)表示基于密钥信息所得的调制电压值；
t表示密钥信息输入CVQKD系统的时刻；
φ0表示强度调制器固有的初始相位值；
Vbias表示强度调制器直流偏置电压的值；
在CVQKD系统中为了使强度调制器工作在线性区域，使其处于偏置点，则
优选地，所述偏置电压调整模块包括：
偏置电压计算及标准设置模块：根据强度调制器固有的初始相位值φ0及半波电压值Vπ来计算初始的直流偏置电压值Vbias,o，求得平均光强关于直流偏置电压的一阶导数，最后求得偏置点时的一阶导数理论值d1，并将d1设置为标准条件；
数字信号Ui处理模块：强度调制器加载初始直流偏置电压Vbias,o时，根据数字信号Ui来推算分离的信号光信号的平均光强<I1>，再根据平均光强<I1>计算平均光强关于直流偏置电压的实际的一阶导数计算值dp；
反馈信号生成模块：根据获得一阶导数的理论值d1及一阶导数计算值dp，判断两者之间的偏差是否超过预设的阈值：若偏差不超过预设的阈值εbias，则保持直流偏置电压Vbias不变，并输出直流偏置电压Vbias；否则，调整直流偏置电压Vbias的值直到满足阈值为止，并输出调整后的直流偏置电压Vbias。
优选地，所述偏置电压计算及标准设置模块：
根据强度调制器固有的初始相位值φ0及半波电压值Vπ来计算直流偏置电压的初始值Vbias,o，直流偏置电压的初始值可以表示为：
其中，
Vbias,o表示直流偏置电压的初始值；
依据密钥信息来计算强度调制器所需加载的调制电压V(t)，进而求得经过一段时间Tb所分离的光信号的平均光强，平均光强值可以表示为：
其中，
<IS(t)>表示经过一段时间Tb所分离的光信号的平均光强值；
<>表示求平均值；
IS(t)表示t时刻经分束器所分离的光信号的光强值；
Tb表示分离一部分光信号所设置的时间，同时也对应于后续模块中探测器的采样时间；
并求得平均光强关于直流偏置电压的一阶导数，一阶导数可以表示为：
其中，
表示平均光强关于直流偏置电压的一阶导数；
最后求得偏置点时的一阶导数的理论值d1，表示为：
当强度调制器工作在偏置点时，输出光信号的平均光强关于直流偏置电压的一阶导数值d1为极小值；
所述数字信号Ui处理模块：
在强度调制器加载初始直流偏置电压Vbias,o时，根据数字信号Ui中的强度调制器在加载初始直流偏置电压值Vbias,o时所采集的第一个数字信号U1，来推算分离的信号光信号的平均光强<I1>，表示如下：
其中，
<I1>表示在初始直流偏置电压下分离的信号光信号的平均光强；
<n1>表示在初始直流偏置电压下分离光信号的平均光子数；
N0表示散粒噪声值；
ξd＝εdN0为探测过程中噪声的方差；
εd表示探测噪声以散粒噪声为单位进行归一化后的值；
表示此时段分离的光信号的正则位置的测量方差，它可以由探测的离散信号求得，表示如下：
其中，
PLO为本振光强度；
ρ为探测器中光电二极管的响应度；
g为Homodyne探测器总的放大倍数；
B为探测器的带宽；
h为普朗克常量；
f为输入光信号的频率；
Var(U1)为该直流偏置电压下采样Tb时段所得样本U1中离散电压信号的方差，可以表示为：
其中，
<U1 2>表示对样本U1中的数据的平方求均值；
<U1>2表示样本U1中数据的均值的平方；
Nu表示样本容量；
U1表示输入控制单元中的采样样本；
U1j表示样本U1中的第j个数据；
随后给直流偏置电压增加一个大小为ΔV的步进电压，然后推算在此直流偏置电压下分离的信号光的平均光强<I2>，最后根据上述计算的数据可以计算平均光强关于直流偏置电压的实际的一阶导数值dp，该值可以表示为：
dp表示根据采样的数据求得的平均光强关于直流偏置电压的实际的一阶导数值；
ΔV表示步进电压的大小；
<I2>表示对直流偏置电压加载一个步进电压后所分离的信号光的平均光强值；
所述反馈信号生成模块：
所述调整直流偏置电压Vbias的值指：在迭代的过程中，判断dp与d1的偏差与阈值的差距是否在缩小：如果dp与d1的偏差与阈值的差距在缩小，则直流偏置电压继续增加一个步进电压的值直至满足条件为止；否则，直流偏置电压应连续地减小一个步进电压的值直至满足阈值条件。
根据本发明提供的一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现上述中任一项所述的CVQKD系统中调制噪声抑制的方法的步骤。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、该方案可以基于密钥信息来实时消除直流偏置电压和半波电压的漂移及强度调制器初始相位变化带来的影响，进而精确地稳定直流偏置点，从而可以有效地抑制强度调制器直流偏置点漂移所带来的额外过噪声。
2、该噪声抑制方案可以很好地兼容现存的光通信系统，实现方案简单，操作简便，有利于商业化应用。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明系统结构示意图，图中：实线代表光路，虚线代表电路。
图2为本发明系统中控制单元对数据处理的流程示意图，图中：AM为强度调制器，PM为相位调制器，BS为分束器，PBS为偏振分束器，VOA为可调光衰减器，Hom为平衡零差探测器，A/D为模数转换器，D/A为数模转换器，CU为控制单元。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
根据本发明提供的一种CVQKD系统中调制噪声抑制的方法，包括：
信号分离步骤：将CVQKD系统中经过强度调制器调制后的光信号，经分束器分离获得分离后的光信号，输出分离后的光信号；
信号转换步骤：根据接收到的分离后的光信号，Homodyne探测器进行探测之后以电压信号的形式输出电压信号U，通过模数转换器A/D将电压信号U转化为离散的数字信号Ui，输出离散的数字信号Ui；
偏置电压调整步骤：根据接收到的离散的数字信号Ui，令控制单元CU进行参数计算并与预设标准进行对比，判断偏差是否超过预设阈值：若偏差不超过预设的阈值εbias，则保持直流偏置电压Vbias不变，并输出直流偏置电压Vbias；否则，调整直流偏置电压Vbias的值直到满足阈值为止，并输出调整后的直流偏置电压Vbias；
强度调制步骤：根据接收到的直流偏置电压Vbias，数模转换器D/A转换为模拟信号并快速地反馈给CVQKD系统的控制模块，进而给强度调制器加载相应的直流偏置电压Vbias。
具体地，所述信号分离步骤：
设置分束器的分束比为ηb，则分离出的光信号的光强如下：
其中，
IS表示经分束器分离出的光信号的光强；
Imax表示强度调制器输入光信号振幅的平方值；
ηb表示分束器设置的分束比；
k表示固定系数；
Vπ表示半波电压值；
V(t)表示基于密钥信息所得的调制电压值；
t表示密钥信息输入CVQKD系统的时刻；
φ0表示强度调制器固有的初始相位值；
Vbias表示强度调制器直流偏置电压的值；
在CVQKD系统中为了使强度调制器工作在线性区域，使其处于偏置点，则
具体地，所述偏置电压调整步骤包括：
偏置电压计算及标准设置步骤：根据强度调制器固有的初始相位值φ0及半波电压值Vπ来计算初始的直流偏置电压值Vbias,o，求得平均光强关于直流偏置电压的一阶导数，最后求得偏置点时的一阶导数理论值d1，并将d1设置为标准条件；
数字信号Ui处理步骤：强度调制器加载初始直流偏置电压Vbias,o时，根据数字信号Ui来推算分离的信号光信号的平均光强<I1>，再根据平均光强<I1>计算平均光强关于直流偏置电压的实际的一阶导数计算值dp；
反馈信号生成步骤：根据获得一阶导数的理论值d1及一阶导数计算值dp，判断两者之间的偏差是否超过预设的阈值：若偏差不超过预设的阈值εbias，则保持直流偏置电压Vbias不变，并输出直流偏置电压Vbias；否则，调整直流偏置电压Vbias的值直到满足阈值为止，并输出调整后的直流偏置电压Vbias。
具体地，所述偏置电压计算及标准设置步骤：
根据强度调制器固有的初始相位值φ0及半波电压值Vπ来计算直流偏置电压的初始值Vbias,o，直流偏置电压的初始值可以表示为：
其中，
Vbias,o表示直流偏置电压的初始值；
依据密钥信息来计算强度调制器所需加载的调制电压V(t)，进而求得经过一段时间Tb所分离的光信号的平均光强，平均光强值可以表示为：
其中，
<IS(t)>表示经过一段时间Tb所分离的光信号的平均光强值；
<>表示求平均值；
IS(t)表示t时刻经分束器所分离的光信号的光强值；
Tb表示分离一部分光信号所设置的时间，同时也对应于后续步骤中探测器的采样时间；
进一步地，所述密钥信息指发信方Alice在该系统运行前所获得的服从高斯分布的随机数信息；
并求得平均光强关于直流偏置电压的一阶导数，一阶导数可以表示为：
其中，
表示平均光强关于直流偏置电压的一阶导数；
最后求得偏置点时的一阶导数的理论值d1，表示为：
当强度调制器工作在偏置点时，输出光信号的平均光强关于直流偏置电压的一阶导数值d1为极小值；
所述数字信号Ui处理步骤：
在强度调制器加载初始直流偏置电压Vbias,o时，根据数字信号Ui中的强度调制器在加载初始直流偏置电压值Vbias,o时所采集的第一个数字信号U1，来推算分离的信号光信号的平均光强<I1>，表示如下：
其中，
<I1>表示在初始直流偏置电压下分离的信号光信号的平均光强；
<n1>表示在初始直流偏置电压下分离光信号的平均光子数；
N0表示散粒噪声值；
ξd＝εdN0为探测过程中噪声的方差；
εd表示探测噪声以散粒噪声为单位进行归一化后的值；
表示此时段分离的光信号的正则位置的测量方差，它可以由探测的离散信号求得，表示如下：
其中，
PLO为本振光强度；
ρ为探测器中光电二极管的响应度；
g为Homodyne探测器总的放大倍数；
B为探测器的带宽；
h为普朗克常量；
f为输入光信号的频率；
Var(U1)为该直流偏置电压下采样Tb时段所得样本U1中离散电压信号的方差，可以表示为：
其中，
<U1 2>表示对样本U1中的数据的平方求均值；
<U1>2表示样本U1中数据的均值的平方；
Nu表示样本容量；
U1表示输入控制单元中的采样样本；
U1j表示样本U1中的第j个数据；
随后给直流偏置电压增加一个大小为ΔV的步进电压，然后推算在此直流偏置电压下分离的信号光的平均光强<I2>，最后根据上述计算的数据可以计算平均光强关于直流偏置电压的实际的一阶导数值dp，该值可以表示为：
dp表示根据采样的数据求得的平均光强关于直流偏置电压的实际的一阶导数值；
ΔV表示步进电压的大小；
<I2>表示对直流偏置电压加载一个步进电压后所分离的信号光的平均光强值。
具体地，所述反馈信号生成步骤：
所述调整直流偏置电压Vbias的值指：在迭代的过程中，判断dp与d1的偏差与阈值的差距是否在缩小：如果dp与d1的偏差与阈值的差距在缩小，则直流偏置电压继续增加一个步进电压的值直至满足条件为止；否则，直流偏置电压应连续地减小一个步进电压的值直至满足阈值条件。
本发明提供的CVQKD系统中调制噪声抑制的系统，可以通过本发明给的CVQKD系统中调制噪声抑制的方法的步骤流程实现。本领域技术人员可以将所述CVQKD系统中调制噪声抑制的方法，理解为所述CVQKD系统中调制噪声抑制的系统的一个优选例。
根据本发明提供的一种CVQKD系统中调制噪声抑制的系统，包括：
信号分离模块：将CVQKD系统中经过强度调制器调制后的光信号，经分束器分离获得分离后的光信号，输出分离后的光信号；
信号转换模块：根据接收到的分离后的光信号，Homodyne探测器进行探测之后以电压信号的形式输出电压信号U，通过模数转换器A/D将电压信号U转化为离散的数字信号Ui，输出离散的数字信号Ui；
偏置电压调整模块：根据接收到的离散的数字信号Ui，令控制单元CU进行参数计算并与预设标准进行对比，判断偏差是否超过预设阈值：若偏差不超过预设的阈值εbias，则保持直流偏置电压Vbias不变，并输出直流偏置电压Vbias；否则，调整直流偏置电压Vbias的值直到满足阈值为止，并输出调整后的直流偏置电压Vbias；
强度调制模块：根据接收到的直流偏置电压Vbias，数模转换器D/A转换为模拟信号并快速地反馈给CVQKD系统的控制模块，进而给强度调制器加载相应的直流偏置电压Vbias。
具体地，所述信号分离模块：
设置分束器的分束比为ηb，则分离出的光信号的光强如下：
其中，
IS表示经分束器分离出的光信号的光强；
Imax表示强度调制器输入光信号振幅的平方值；
ηb表示分束器设置的分束比；
k表示固定系数；
Vπ表示半波电压值；
V(t)表示基于密钥信息所得的调制电压值；
t表示密钥信息输入CVQKD系统的时刻；
φ0表示强度调制器固有的初始相位值；
Vbias表示强度调制器直流偏置电压的值；
在CVQKD系统中为了使强度调制器工作在线性区域，使其处于偏置点，则
具体地，所述偏置电压调整模块包括：
偏置电压计算及标准设置模块：根据强度调制器固有的初始相位值φ0及半波电压值Vπ来计算初始的直流偏置电压值Vbias,o，求得平均光强关于直流偏置电压的一阶导数，最后求得偏置点时的一阶导数理论值d1，并将d1设置为标准条件；
数字信号Ui处理模块：强度调制器加载初始直流偏置电压Vbias,o时，根据数字信号Ui来推算分离的信号光信号的平均光强<I1>，再根据平均光强<I1>计算平均光强关于直流偏置电压的实际的一阶导数计算值dp；
反馈信号生成模块：根据获得一阶导数的理论值d1及一阶导数计算值dp，判断两者之间的偏差是否超过预设的阈值：若偏差不超过预设的阈值εbias，则保持直流偏置电压Vbias不变，并输出直流偏置电压Vbias；否则，调整直流偏置电压Vbias的值直到满足阈值为止，并输出调整后的直流偏置电压Vbias。
具体地，所述偏置电压计算及标准设置模块：
根据强度调制器固有的初始相位值φ0及半波电压值Vπ来计算直流偏置电压的初始值Vbias,o，直流偏置电压的初始值可以表示为：
其中，
Vbias,o表示直流偏置电压的初始值；
依据密钥信息来计算强度调制器所需加载的调制电压V(t)，进而求得经过一段时间Tb所分离的光信号的平均光强，平均光强值可以表示为：
其中，
<IS(t)>表示经过一段时间Tb所分离的光信号的平均光强值；
<>表示求平均值；
IS(t)表示t时刻经分束器所分离的光信号的光强值；
Tb表示分离一部分光信号所设置的时间，同时也对应于后续模块中探测器的采样时间；
并求得平均光强关于直流偏置电压的一阶导数，一阶导数可以表示为：
其中，
表示平均光强关于直流偏置电压的一阶导数；
最后求得偏置点时的一阶导数的理论值d1，表示为：
当强度调制器工作在偏置点时，输出光信号的平均光强关于直流偏置电压的一阶导数值d1为极小值；
所述数字信号Ui处理模块：
在强度调制器加载初始直流偏置电压Vbias,o时，根据数字信号Ui中的强度调制器在加载初始直流偏置电压值Vbias,o时所采集的第一个数字信号U1，来推算分离的信号光信号的平均光强<I1>，表示如下：
其中，
<I1>表示在初始直流偏置电压下分离的信号光信号的平均光强；
<n1>表示在初始直流偏置电压下分离光信号的平均光子数；
N0表示散粒噪声值；
ξd＝εdN0为探测过程中噪声的方差；
εd表示探测噪声以散粒噪声为单位进行归一化后的值；
表示此时段分离的光信号的正则位置的测量方差，它可以由探测的离散信号求得，表示如下：
其中，
PLO为本振光强度；
ρ为探测器中光电二极管的响应度；
g为Homodyne探测器总的放大倍数；
B为探测器的带宽；
h为普朗克常量；
f为输入光信号的频率；
Var(U1)为该直流偏置电压下采样Tb时段所得样本U1中离散电压信号的方差，可以表示为：
其中，
<U1 2>表示对样本U1中的数据的平方求均值；
<U1>2表示样本U1中数据的均值的平方；
Nu表示样本容量；
U1表示输入控制单元中的采样样本；
U1j表示样本U1中的第j个数据；
随后给直流偏置电压增加一个大小为ΔV的步进电压，然后推算在此直流偏置电压下分离的信号光的平均光强<I2>，最后根据上述计算的数据可以计算平均光强关于直流偏置电压的实际的一阶导数值dp，该值可以表示为：
dp表示根据采样的数据求得的平均光强关于直流偏置电压的实际的一阶导数值；
ΔV表示步进电压的大小；
<I2>表示对直流偏置电压加载一个步进电压后所分离的信号光的平均光强值；
所述反馈信号生成模块：
所述调整直流偏置电压Vbias的值指：在迭代的过程中，判断dp与d1的偏差与阈值的差距是否在缩小：如果dp与d1的偏差与阈值的差距在缩小，则直流偏置电压继续增加一个步进电压的值直至满足条件为止；否则，直流偏置电压应连续地减小一个步进电压的值直至满足阈值条件。
根据本发明提供的一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现上述中任一项所述的CVQKD系统中调制噪声抑制的方法的步骤。
下面通过优选例，对本发明进行更为具体地说明：
优选例1：
本发明公开一种基于强度调制器直流偏置点稳定的从根源上抑制连续变量量子密钥分发实际系统中调制噪声的方法，包括数据采集、数据处理与判决、反馈信号生成三个模块。具体地，包括如下几个步骤：
步骤1：首先把CVQKD实际系统中经过强度调制器调制后的光信号经分束器分离一部分并输入到平衡零差(Homodyne)探测器中；
优选地，分束比ηb设置为10％，则分离出的光信号的光强可表示为
其中，
Imax为强度调制器输入光信号振幅的平方值，
ηb为分束器设置的分束比，
为固定系数，
Vπ为半波电压值，
V(t)为基于密钥信息所得的调制电压值，
t表示密钥信息输入CVQKD系统的时刻，
φ0为强度调制器固有的初始相位值，
Vbias为强度调制器直流偏置电压的值。
其中，在CVQKD系统中为了使强度调制器工作在线性区域，我们使其处于偏置点，则
步骤2：Homodyne探测器对分离出的光信号进行探测之后以电压信号的形式输出，用U来表示这个电压信号。随后电压信号U被模数转器A/D转化为离散的数字信号Ui；
优选地，采样周期为Tb，样本的容量为Nu。
步骤3：数字信号Ui输入控制单元CU，然后计算采样的数字信号的方差并推算相关参数，随后与标准条件进行对比，如果偏差不超过给定的阈值εbias，则保持直流偏置电压Vbias不变；否则，调整直流偏置电压Vbias的大小或方向重复迭代上述过程直到满足阈值为止；
优选地，由于探测误差和统计偏差的影响，阈值εbias设置为0.01。
步骤4：控制单元CU将满足条件的直流偏置电压值经数模转换器D/A转换为模拟信号并快速地反馈给CVQKD系统的控制模块，进而给强度调制器加载相应的直流偏置电压值。随后，继续循环所有的步骤从而使强度调制器始终处于偏置点，最终可以从根源上有效地抑制源于强度调制器的直流偏置点漂移的调制噪声。
其中，由于该方法分离一部分光信号，从而所造成的密钥损耗可以通过合适地调整光衰减器来实时补偿。
优选地，所述步骤3，具体地：
步骤3.1：直流偏置电压初始值的计算及标准条件的设置。
根据强度调制器固有的初始相位值φ0及半波电压值Vπ来计算初始的直流偏置电压值Vbias,o；直流偏置电压的初始值可以表示为
其中，
Vbias,o表示直流偏置电压的初始值；
依据密钥信息来计算强度调制器所需加载的调制电压V(t)，进而求得经过一段时间Tb所分离的光信号的平均光强，平均光强值可以表示为
其中，
<IS(t)>表示经过一段时间Tb所分离的光信号的平均光强值
<>表示求平均值
IS(t)表示t时刻经分束器所分离的光信号的光强值
Tb表示分离一部分光信号所设置的时间，同时也对应于后续步骤中探测器的采样时间
并求得平均光强关于直流偏置电压的一阶导数，一阶导数可以表示为
其中，
表示平均光强关于直流偏置电压的一阶导数
最后求得偏置点时的一阶导数的理论值d1，它可以表示为
其中，
当强度调制器工作在偏置点时，输出光信号的平均光强关于直流偏置电压的一阶导数值d1为极小值。因此，d1可以作为一个标准条件。
步骤3.2：数字信号Ui的处理。在强度调制器加载初始直流偏置电压Vbias,o时，根据输入控制单元中采样样本U1(Ui表示步骤2中所采集的样本的统称，i表示第i个样本。特别地，U1表示强度调制器在加载初始直流偏置电压值时所采集的第一个样本。)来推算分离的信号光信号的平均光强<I1>，该值可以表示为
其中，
<I1>表示在初始直流偏置电压下分离的信号光信号的平均光强
<n1>表示在初始直流偏置电压下分离光信号的平均光子数，
N0为散粒噪声值，
ξd＝εdN0为探测过程中噪声的方差，
εd表示探测噪声以散粒噪声为单位进行归一化后的值
为此时段分离的光信号的正则位置的测量方差，它可以由探测的离散信号求得，如下
其中，
PLO为本振光强度，
ρ为探测器中光电二极管的响应度，
g为Homodyne探测器总的放大倍数，
B为探测器的带宽，
h为普朗克常量，
f为输入光信号的频率，
Var(U1)为该直流偏置电压下采样Tb时段所得样本U1中离散电压信号的方差，可以表示为
其中，
<U1 2>表示对样本U1中的数据的平方求均值，
<U1>2表示样本U1中数据的均值的平方，
Nu表示样本容量，
U1表示输入控制单元中的采样样本；
U1j表示样本U1中的第j个数据，
随后给直流偏置电压增加一个大小为ΔV的步进电压，然后按照同样的方法推算在此直流偏置电压下分离的信号光的平均光强<I2>。最后根据上述计算的数据可以计算平均光强关于直流偏置电压的实际的一阶导数值dp，该值可以表示为
dp表示根据采样的数据求得的平均光强关于直流偏置电压的实际的一阶导数值
ΔV表示步进电压的大小
<I2>表示对直流偏置电压加载一个步进电压后所分离的信号光的平均光强值
优选地，采样的时间间隔同样设置为Tb。
其中，相干光信号的平均光子数即为光强，在CVQKD系统中调制方差等于信号光平均光子数的两倍。
步骤3.3：反馈信号的生成。使平均光强关于直流偏置电压的实际的一阶导数计算值dp与理论值d1进行比较，如果两者之间的偏差不超过阈值，则保持直流偏置电压值不变；如果超过阈值，则改变直流偏置电压的值。详细地，在迭代的过程中，如果dp与d1的偏差与阈值的差距在缩小，则直流偏置电压继续增加一个步进电压的值直至满足条件为止；否则，直流偏置电压应连续地减小一个步进电压的值直至满足阈值条件。依次重复迭代步骤3.2的过程直至满足阈值条件，并将此时的直流偏置电压反馈给强度调制器。
优选例2：
针对CVQKD实际系统中源于强度调制器直流偏置点漂移的额外过噪声，本发明的目的是提供一种基于偏置点稳定的调制噪声抑制方法。具体地，该方法依据密钥信息来求得标准条件并实时调整偏置电压Vbias，从而可以消除偏置电压及半波电压漂移带来的影响，进而达到稳定偏置点且抑制调制噪声的目的。
根据本发明提供的一种基于强度调制器直流偏置点稳定的调制噪声抑制方法，包括数据采集、数据分析、反馈信号生成三个模块。
具体地，包括如下步骤：
步骤1：CVQKD实际系统中用于实现高斯调制的强度调制器输出的光信号首先经分束器分离一部分并输入到平衡零差(Homodyne)探测器中；
其中，在CVQKD系统中为了使强度调制器工作在线性区域，我们使其处于偏置点，由此可求得加载的直流偏置电压的初始值。
步骤2：分离的光信号经过Homodyne探测器探测之后输出电压信号U。随后电压信号U被模数转器A/D转化为离散的数字信号Ui；
步骤3：控制单元CU根据数字信号Ui，进行相关参数计算并与标准条件进行对比，如果偏差不超过给定的阈值εbias，则保持直流偏置电压Vbias不变；否则，调整直流偏置电压Vbias的大小或方向直到满足阈值为止；
步骤4：控制单元的处理结果经数模转换器D/A转换为模拟信号并反馈给强度调制器，从而实施相应的操作。
优选地，由于该方法所造成的传输信号的损耗可以通过合适地调整光衰减器来实时补偿。
优选地，所述步骤3，具体地：
步骤3.1：直流偏置电压初始值的计算及标准条件的设置。根据强度调制器固有的初始相位值φ0及半波电压值Vπ来计算初始的直流偏置电压值Vbias,o；依据密钥信息来计算强度调制器所需加载的调制电压V(t)，进而求得经过一段时间Tb后分离出的光信号的平均光强，并求得平均光强关于直流偏置电压的一阶导数，最后求得偏置点时的一阶导数的理论值d1作为标准条件。
其中，当强度调制器工作在偏置点时，输出光信号的平均光强关于直流偏置电压的一阶导数值d1为极小值。因此，d1可以作为一个标准条件。
步骤3.2：数字信号Ui的处理。在强度调制器加载初始直流偏置电压Vbias，o时，根据输入控制单元中采样样本U1来推算分离的信号光信号的平均光强<I1>。随后给直流偏置电压增加一个步进电压ΔV，然后按照同样的方法推算在此直流偏置电压下分离的信号光的平均光强<I2>。最后根据上述计算的数据可以计算平均光强关于直流偏置电压的实际的一阶导数值dp。
优选地，采样的时间间隔同样设置为Tb。
其中，相干光信号的平均光子数即为光强，在CVQKD系统中调制方差等于信号光平均光子数的两倍。
步骤3.3：反馈信号的生成。比较dp与d1的值，如果两者之间的偏差不超过阈值，则保持加载的直流偏置电压的值不变；如果超过阈值，则改变直流偏置电压的大小或方向依次重复迭代步骤3.2的过程直至满足阈值条件，并将此时的直流偏置电压反馈给强度调制器。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (10)
1.一种CVQKD系统中调制噪声抑制的方法，其特征在于，包括：
信号分离步骤：将CVQKD系统中经过强度调制器调制后的光信号，经分束器分离获得分离后的光信号，输出分离后的光信号；
信号转换步骤：根据接收到的分离后的光信号，Homodyne探测器进行探测之后以电压信号的形式输出电压信号U，通过模数转换器A/D将电压信号U转化为离散的数字信号Ui，输出离散的数字信号Ui；
偏置电压调整步骤：根据接收到的离散的数字信号Ui，令控制单元CU进行参数计算并与预设标准进行对比，判断偏差是否超过预设阈值：若偏差不超过预设的阈值εbias，则保持直流偏置电压Vbias不变，并输出直流偏置电压Vbias；否则，调整直流偏置电压Vbias的值直到满足阈值为止，并输出调整后的直流偏置电压Vbias；
强度调制步骤：根据接收到的直流偏置电压Vbias，数模转换器D/A转换为模拟信号并快速地反馈给CVQKD系统的控制模块，进而给强度调制器加载相应的直流偏置电压Vbias。
2.根据权利要求1所述的CVQKD系统中调制噪声抑制的方法，其特征在于，所述信号分离步骤：
设置分束器的分束比为ηb，则分离出的光信号的光强如下：
其中，
IS表示经分束器分离出的光信号的光强；
Imax表示强度调制器输入光信号振幅的平方值；
ηb表示分束器设置的分束比；
k表示固定系数；
Vπ表示半波电压值；
V(t)表示基于密钥信息所得的调制电压值；
t表示密钥信息输入CVQKD系统的时刻；
φ0表示强度调制器固有的初始相位值；
Vbias表示强度调制器直流偏置电压的值；
在CVQKD系统中为了使强度调制器工作在线性区域，使其处于偏置点，则
3.根据权利要求2所述的CVQKD系统中调制噪声抑制的方法，其特征在于，所述偏置电压调整步骤包括：
偏置电压计算及标准设置步骤：根据强度调制器固有的初始相位值φ0及半波电压值Vπ来计算初始的直流偏置电压值Vbias,o，求得平均光强关于直流偏置电压的一阶导数，最后求得偏置点时的一阶导数理论值d1，并将d1设置为标准条件；
数字信号Ui处理步骤：强度调制器加载初始直流偏置电压Vbias,o时，根据数字信号Ui来推算分离的信号光信号的平均光强<I1>，再根据平均光强<I1>计算平均光强关于直流偏置电压的实际的一阶导数计算值dp；
反馈信号生成步骤：根据获得一阶导数的理论值d1及一阶导数计算值dp，判断两者之间的偏差是否超过预设的阈值：若偏差不超过预设的阈值εbias，则保持直流偏置电压Vbias不变，并输出直流偏置电压Vbias；否则，调整直流偏置电压Vbias的值直到满足阈值为止，并输出调整后的直流偏置电压Vbias。
4.根据权利要求3所述的CVQKD系统中调制噪声抑制的方法，其特征在于，所述偏置电压计算及标准设置步骤：
根据强度调制器固有的初始相位值φ0及半波电压值Vπ来计算直流偏置电压的初始值Vbias,o，直流偏置电压的初始值可以表示为：
其中，
Vbias,o表示直流偏置电压的初始值；
依据密钥信息来计算强度调制器所需加载的调制电压V(t)，进而求得经过一段时间Tb所分离的光信号的平均光强，平均光强值可以表示为：
其中，
<IS(t)>表示经过一段时间Tb所分离的光信号的平均光强值；
<>表示求平均值；
IS(t)表示t时刻经分束器所分离的光信号的光强值；
Tb表示分离一部分光信号所设置的时间，同时也对应于后续步骤中探测器的采样时间；
并求得平均光强关于直流偏置电压的一阶导数，一阶导数可以表示为：
其中，
表示平均光强关于直流偏置电压的一阶导数；
最后求得偏置点时的一阶导数的理论值d1，表示为：
当强度调制器工作在偏置点时，输出光信号的平均光强关于直流偏置电压的一阶导数值d1为极小值；
所述数字信号Ui处理步骤：
在强度调制器加载初始直流偏置电压Vbias,o时，根据数字信号Ui中的强度调制器在加载初始直流偏置电压值Vbias,o时所采集的第一个数字信号U1，来推算分离的信号光信号的平均光强<I1>，表示如下：
其中，
<I1>表示在初始直流偏置电压下分离的信号光信号的平均光强；
<n1>表示在初始直流偏置电压下分离光信号的平均光子数；
N0表示散粒噪声值；
ξd＝εdN0为探测过程中噪声的方差；
εd表示探测噪声以散粒噪声为单位进行归一化后的值；
表示此时段分离的光信号的正则位置的测量方差，它可以由探测的离散信号求得，表示如下：
其中，
PLO为本振光强度；
ρ为探测器中光电二极管的响应度；
g为Homodyne探测器总的放大倍数；
B为探测器的带宽；
h为普朗克常量；
f为输入光信号的频率；
Var(U1)为该直流偏置电压下采样Tb时段所得样本U1中离散电压信号的方差，可以表示为：
其中，
<U1 2>表示对样本U1中的数据的平方求均值；
<U1〉2表示样本U1中数据的均值的平方；
Nu表示样本容量；
U1表示输入控制单元中的采样样本；
U1j表示样本U1中的第j个数据；
随后给直流偏置电压增加一个大小为ΔV的步进电压，然后推算在此直流偏置电压下分离的信号光的平均光强〈I2〉，最后根据上述计算的数据可以计算平均光强关于直流偏置电压的实际的一阶导数值dp，该值可以表示为：
dp表示根据采样的数据求得的平均光强关于直流偏置电压的实际的一阶导数值；
ΔV表示步进电压的大小；
〈I2〉表示对直流偏置电压加载一个步进电压后所分离的信号光的平均光强值。
5.根据权利要求4所述的基于强度调制器直流偏置点稳定的CVQKD系统中调制噪声抑制的方法，其特征在于，所述反馈信号生成步骤：
所述调整直流偏置电压Vbias的值指：在迭代的过程中，判断dp与d1的偏差与阈值的差距是否在缩小：如果dp与d1的偏差与阈值的差距在缩小，则直流偏置电压继续增加一个步进电压的值直至满足条件为止；否则，直流偏置电压应连续地减小一个步进电压的值直至满足阈值条件。
6.一种CVQKD系统中调制噪声抑制的系统，其特征在于，包括：
信号分离模块：将CVQKD系统中经过强度调制器调制后的光信号，经分束器分离获得分离后的光信号，输出分离后的光信号；
信号转换模块：根据接收到的分离后的光信号，Homodyne探测器进行探测之后以电压信号的形式输出电压信号U，通过模数转换器A/D将电压信号U转化为离散的数字信号Ui，输出离散的数字信号Ui；
偏置电压调整模块：根据接收到的离散的数字信号Ui，令控制单元CU进行参数计算并与预设标准进行对比，判断偏差是否超过预设阈值：若偏差不超过预设的阈值εbias，则保持直流偏置电压Vbias不变，并输出直流偏置电压Vbias；否则，调整直流偏置电压Vbias的值直到满足阈值为止，并输出调整后的直流偏置电压Vbias；
强度调制模块：根据接收到的直流偏置电压Vbias，数模转换器D/A转换为模拟信号并快速地反馈给CVQKD系统的控制模块，进而给强度调制器加载相应的直流偏置电压Vbias。
7.根据权利要求6所述的CVQKD系统中调制噪声抑制的系统，其特征在于，所述信号分离模块：
设置分束器的分束比为ηb，则分离出的光信号的光强如下：
其中，
IS表示经分束器分离出的光信号的光强；
Imax表示强度调制器输入光信号振幅的平方值；
ηb表示分束器设置的分束比；
k表示固定系数；
Vπ表示半波电压值；
V(t)表示基于密钥信息所得的调制电压值；
t表示密钥信息输入CVQKD系统的时刻；
φ0表示强度调制器固有的初始相位值；
Vbias表示强度调制器直流偏置电压的值；
在CVQKD系统中为了使强度调制器工作在线性区域，使其处于偏置点，则
8.根据权利要求7所述的CVQKD系统中调制噪声抑制的系统，其特征在于，所述偏置电压调整模块包括：
偏置电压计算及标准设置模块：根据强度调制器固有的初始相位值φ0及半波电压值Vπ来计算初始的直流偏置电压值Vbias,o，求得平均光强关于直流偏置电压的一阶导数，最后求得偏置点时的一阶导数理论值d1，并将d1设置为标准条件；
数字信号Ui处理模块：强度调制器加载初始直流偏置电压Vbias,o时，根据数字信号Ui来推算分离的信号光信号的平均光强〈I1〉，再根据平均光强〈I1〉计算平均光强关于直流偏置电压的实际的一阶导数计算值dp；
反馈信号生成模块：根据获得一阶导数的理论值d1及一阶导数计算值dp，判断两者之间的偏差是否超过预设的阈值：若偏差不超过预设的阈值εbias，则保持直流偏置电压Vbias不变，并输出直流偏置电压Vbias；否则，调整直流偏置电压Vbias的值直到满足阈值为止，并输出调整后的直流偏置电压Vbias。
9.根据权利要求8所述的CVQKD系统中调制噪声抑制的系统，其特征在于，所述偏置电压计算及标准设置模块：
根据强度调制器固有的初始相位值φ0及半波电压值Vπ来计算直流偏置电压的初始值Vbias,o，直流偏置电压的初始值可以表示为：
其中，
Vbias,o表示直流偏置电压的初始值；
依据密钥信息来计算强度调制器所需加载的调制电压V(t)，进而求得经过一段时间Tb所分离的光信号的平均光强，平均光强值可以表示为：
其中，
〈IS(t)>表示经过一段时间Tb所分离的光信号的平均光强值；
<>表示求平均值；
IS(t)表示t时刻经分束器所分离的光信号的光强值；
Tb表示分离一部分光信号所设置的时间，同时也对应于后续模块中探测器的采样时间；
并求得平均光强关于直流偏置电压的一阶导数，一阶导数可以表示为：
其中，
表示平均光强关于直流偏置电压的一阶导数；
最后求得偏置点时的一阶导数的理论值d1，表示为：
当强度调制器工作在偏置点时，输出光信号的平均光强关于直流偏置电压的一阶导数值d1为极小值；
所述数字信号Ui处理模块：
在强度调制器加载初始直流偏置电压Vbias,o时，根据数字信号Ui中的强度调制器在加载初始直流偏置电压值Vbias,o时所采集的第一个数字信号U1，来推算分离的信号光信号的平均光强<I1>，表示如下：
其中，
<I1>表示在初始直流偏置电压下分离的信号光信号的平均光强；
<n1>表示在初始直流偏置电压下分离光信号的平均光子数；
N0表示散粒噪声值；
ξd＝εdN0为探测过程中噪声的方差；
εd表示探测噪声以散粒噪声为单位进行归一化后的值；
表示此时段分离的光信号的正则位置的测量方差，它可以由探测的离散信号求得，表示如下：
其中，
PLO为本振光强度；
ρ为探测器中光电二极管的响应度；
g为Homodyne探测器总的放大倍数；
B为探测器的带宽；
h为普朗克常量；
f为输入光信号的频率；
Var(U1)为该直流偏置电压下采样Tb时段所得样本U1中离散电压信号的方差，可以表示为：
其中，
<U1 2>表示对样本U1中的数据的平方求均值；
<U1>2表示样本U1中数据的均值的平方；
Nu表示样本容量；
U1表示输入控制单元中的采样样本；
U1j表示样本U1中的第j个数据；
随后给直流偏置电压增加一个大小为ΔV的步进电压，然后推算在此直流偏置电压下分离的信号光的平均光强<I2>，最后根据上述计算的数据可以计算平均光强关于直流偏置电压的实际的一阶导数值dp，该值可以表示为：
dp表示根据采样的数据求得的平均光强关于直流偏置电压的实际的一阶导数值；
ΔV表示步进电压的大小；
<I2>表示对直流偏置电压加载一个步进电压后所分离的信号光的平均光强值；
所述反馈信号生成模块：
所述调整直流偏置电压Vbias的值指：在迭代的过程中，判断dp与d1的偏差与阈值的差距是否在缩小：如果dp与d1的偏差与阈值的差距在缩小，则直流偏置电压继续增加一个步进电压的值直至满足条件为止；否则，直流偏置电压应连续地减小一个步进电压的值直至满足阈值条件。
10.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至5中任一项所述的CVQKD系统中调制噪声抑制的方法的步骤。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112858874A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-05-28 | 杭州长川科技股份有限公司 | 跨导参数的测量电路及方法 |
| CN114039666A (zh) * | 2021-11-26 | 2022-02-11 | 济南量子技术研究院 | 一种强度调制装置及其稳定控制方法、qkd系统 |
| CN116112093A (zh) * | 2022-12-28 | 2023-05-12 | 中国电子科技集团公司第三十研究所 | Cv-qkd芯片系统的高精度调制方差控制方法与装置 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105024809A (zh) * | 2015-07-22 | 2015-11-04 | 上海交通大学 | 基于高斯调制相干态的长距离连续变量量子密钥分发方法 |
| CN108599945A (zh) * | 2018-05-04 | 2018-09-28 | 北京邮电大学 | 一种适用于连续变量量子密钥分发系统的高斯调制数据生成方法 |
| CN207939524U (zh) * | 2018-03-19 | 2018-10-02 | 云南天衢量子科技有限公司 | 一种基于偏振补偿的量子密钥分配系统 |
| CN207965711U (zh) * | 2018-03-20 | 2018-10-12 | 安徽问天量子科技股份有限公司 | 量子密钥分配系统中电光强度调制器闭环控制系统 |
| CN108880809A (zh) * | 2018-08-31 | 2018-11-23 | 中南大学 | 基于连续变量量子密钥分发的区块链数据加密系统及其实现方法 |
| CN109639363A (zh) * | 2018-11-30 | 2019-04-16 | 中国电子科技集团公司第四十四研究所 | Mz光强度调制器任意偏置点控制装置及其控制方法 |
-
2019
- 2019-04-15 CN CN201910300473.6A patent/CN109889260B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105024809A (zh) * | 2015-07-22 | 2015-11-04 | 上海交通大学 | 基于高斯调制相干态的长距离连续变量量子密钥分发方法 |
| CN207939524U (zh) * | 2018-03-19 | 2018-10-02 | 云南天衢量子科技有限公司 | 一种基于偏振补偿的量子密钥分配系统 |
| CN207965711U (zh) * | 2018-03-20 | 2018-10-12 | 安徽问天量子科技股份有限公司 | 量子密钥分配系统中电光强度调制器闭环控制系统 |
| CN108599945A (zh) * | 2018-05-04 | 2018-09-28 | 北京邮电大学 | 一种适用于连续变量量子密钥分发系统的高斯调制数据生成方法 |
| CN108880809A (zh) * | 2018-08-31 | 2018-11-23 | 中南大学 | 基于连续变量量子密钥分发的区块链数据加密系统及其实现方法 |
| CN109639363A (zh) * | 2018-11-30 | 2019-04-16 | 中国电子科技集团公司第四十四研究所 | Mz光强度调制器任意偏置点控制装置及其控制方法 |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112858874A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-05-28 | 杭州长川科技股份有限公司 | 跨导参数的测量电路及方法 |
| CN114039666A (zh) * | 2021-11-26 | 2022-02-11 | 济南量子技术研究院 | 一种强度调制装置及其稳定控制方法、qkd系统 |
| CN114039666B (zh) * | 2021-11-26 | 2023-02-21 | 济南量子技术研究院 | 一种强度调制装置及其稳定控制方法、qkd系统 |
| CN116112093A (zh) * | 2022-12-28 | 2023-05-12 | 中国电子科技集团公司第三十研究所 | Cv-qkd芯片系统的高精度调制方差控制方法与装置 |
| CN116112093B (zh) * | 2022-12-28 | 2024-07-23 | 中国电子科技集团公司第三十研究所 | Cv-qkd芯片系统的高精度调制方差控制方法与装置 |
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