CN111385089B - 基于相位编码的qkd系统及其主动相位补偿方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于相位编码的QKD系统及其主动相位补偿方法和系统，通过在QKD系统的接收端设置移相器对光脉冲信号进行相位调制，由于移相器的成本较低，因此能够降低量子密钥分发系统的成本。以及，在主动相位补偿过程中，获取每一经典帧中干涉对比度极值点相应的目标相关参数(目标移相电压和目标移相时间)，而后根据相邻两个经典帧各自相应的目标相关参数，获取相邻两个经典帧的电压近似线性关系，计算之后量子帧的调整电压，并通过进一步的对量子帧进行分段，以计算每段子量子帧相应的调整电压，进一步的提高了主动相位补偿的精度。

Description

基于相位编码的QKD系统及其主动相位补偿方法和系统
技术领域
本发明涉及量子密钥分发系统技术领域，更为具体的说，涉及一种基于相位编码的QKD系统及其主动相位补偿方法和系统。
背景技术
量子密钥分发(Quantum Key Distribution，QKD)是新一代密钥分配方案，它的安全性由物理原理而非算法强度所保证，其是可以保证无条件安全的信息传输，因而是量子信息技术领域研究的重点。它的编码方式主要有相位编码和偏振编码两种。在偏振编码光纤传输的量子密钥分发中，由于受到光纤双折射效应的影响，光的偏振会发生随机变化。此时，接收方如果按照约定的偏振方向进行测量就很可能产生错误的探测结果。相比偏振编码来说，光子信号在光纤中传输时其相位信息更易保持，因此绝大多数现有的光纤量子密码系统都采用相位编码方案实现。然而，基于相位编码的量子密钥分发的收发双方各自的不等臂干涉环所处环境存在温度的变化、机械振动等，使得收发双方的干涉环的臂长差发生随机变化，这将导致两个干涉脉冲之间的相位差随时间随机的缓慢漂移，最终导致不稳定的干涉结果。为此，相位编码量子密钥分发系统必须具备相位补偿能力。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于相位编码的QKD系统及其主动相位补偿方法和系统，降低了量子密钥分发系统的成本，同时提高了主动相位补偿的精度。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：
一种基于相位编码的QKD系统主动相位补偿方法，包括：
S1、获取QKD系统的发送端输出的光脉冲信号，所述光脉冲信号包括第一帧信号至第N帧信号，且第i帧信号包括第i经典帧和第i量子帧，所述N为不小于2的整数，i为不大于N的正整数，其中，所述QKD系统的接收端通过移相器对所述光脉冲信号进行相位调制；
S2、获取每一所述经典帧中干涉对比度极值点相应的目标移相电压和目标移相时间；
S3、以(第k-1目标移相时间，第k-1目标移相电压)和(第k目标移相时间，第k目标移相电压)为坐标得到第k线性关系曲线公式，k为大于1且不大于N的正整数；
S4、对第k量子帧进行分段为至少一个第k子量子帧，每一所述第k子量子帧对应有各自的第k量子时间，将所述第k量子时间代入所述第k线性关系曲线公式，计算每一所述第k子量子帧各自对应的第k调整电压，将所述第k调整电压传输至所述移相器，完成对所述第k量子帧的实时主动相位补偿。
相应的，本发明还提供了一种基于相位编码的QKD系统主动相位补偿系统，包括：
监测模块，所述监测模块用于获取QKD系统的发送端输出的光脉冲信号，所述光脉冲信号包括第一帧信号至第N帧信号，且第i帧信号包括第i经典帧和第i量子帧，所述N为不小于2的整数，i为不大于N的正整数，其中，所述QKD系统的接收端通过移相器对所述光脉冲信号进行相位调制；及，获取每一所述经典帧中干涉对比度极值点相应的目标移相电压和目标移相时间；
以及，补偿模块，所述补偿模块用于以(第k-1目标移相时间，第k-1目标移相电压)和(第k目标移相时间，第k目标移相电压)为坐标得到第k线性关系曲线公式，k为大于1且不大于N的正整数；及，对第k量子帧进行分段为至少一个第k子量子帧，每一所述第k子量子帧对应有各自的第k量子时间，将所述第k量子时间代入所述第k线性关系曲线公式，计算每一所述第k子量子帧各自对应的第k调整电压，将所述第k调整电压传输至所述移相器，完成对所述第k量子帧的实时主动相位补偿。
相应的，本发明还提供了一种基于相位编码的QKD系统，包括上述的基于相位编码的QKD系统主动相位补偿系统。
相较于现有技术，本发明提供的技术方案至少具有以下优点：
本发明提供了一种基于相位编码的QKD系统及其主动相位补偿方法和系统，其中，通过在QKD系统的接收端设置移相器对光脉冲信号进行相位调制，由于移相器的成本较低，因此能够降低量子密钥分发系统的成本。
以及，在主动相位补偿过程中，获取每一经典帧中干涉对比度极值点相应的目标相关参数(目标移相电压和目标移相时间)，而后根据相邻两个经典帧各自相应的目标相关参数，获取相邻两个经典帧的电压近似线性关系，计算之后量子帧的调整电压，并通过进一步的对量子帧进行分段，以计算每段子量子帧相应的调整电压，进一步的提高了主动相位补偿的精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例一提供的一种基于相位编码的QKD系统及其主动相位补偿方法的流程图；
图2为本申请实施例二提供的一种基于相位编码的QKD系统及其主动相位补偿方法的流程图；
图3为本申请实施例二提供的一种光脉冲信号的结构示意图；
图4为本申请实施例提供的一种基于相位编码的QKD系统的接收端的结构示意图；
图5为本申请实施例三提供的一种基于相位编码的QKD系统及其主动相位补偿方法的流程图；
图6为本申请实施例三提供的一种光脉冲信号的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
正如背景技术所述，基于相位编码的量子密钥分发的收发双方各自的不等臂干涉环所处环境存在温度的变化、机械振动等，使得收发双方的干涉环的臂长差发生随机变化，这将导致两个干涉脉冲之间的相位差随时间随机的缓慢漂移，最终导致不稳定的干涉结果。为此，相位编码量子密钥分发系统必须具备相位补偿能力。
基于此，本申请实施例提供了一种基于相位编码的QKD系统及其主动相位补偿方法和系统，降低了量子密钥分发系统的成本，同时降低了获取经典帧中干涉对比度极值点及目标相关参数的复杂程度，且最终提高了主动相位补偿的精度。为实现上述目的，本申请实施例提供的技术方案如下，具体结合图1至图6对本申请实施例提供的技术方案进行详细的描述。
实施例一
参考图1所示，为本申请实施例一提供的一种基于相位编码的QKD系统主动相位补偿方法的流程图，其中，QKD系统主动相位补偿方法包括：
S1、获取QKD系统的发送端输出的光脉冲信号，所述光脉冲信号包括第一帧信号至第N帧信号，且第i帧信号包括第i经典帧和第i量子帧，所述N为不小于2的整数，i为不大于N的正整数，其中，所述QKD系统的接收端通过移相器对所述光脉冲信号进行相位调制；
S2、获取每一所述经典帧中干涉对比度极值点相应的目标移相电压和目标移相时间；
S3、以(第k-1目标移相时间，第k-1目标移相电压)和(第k目标移相时间，第k目标移相电压)为坐标得到第k线性关系曲线公式，k为大于1且不大于N的正整数，其中，第k-1目标移相时间和第k-1目标移相电压为第k-1经典帧相应目标相关参数，第k目标移相时间和第k目标移相电压为第k经典帧相应目标相关参数；
S4、对第k量子帧进行分段为至少一个第k子量子帧，每一所述第k子量子帧对应有各自的第k量子时间，将所述第k量子时间代入所述第k线性关系曲线公式，计算每一所述第k子量子帧各自对应的第k调整电压，将所述第k调整电压传输至所述移相器，完成对所述第k量子帧的实时主动相位补偿。
需要说明的是，本申请实施例提供的获取每一所述经典帧中干涉对比度极值点相应的目标移相电压和目标移相时间，可以为获取每一所述经典帧中干涉对比度极大值相应的目标移相电压和目标移相时间，还可以为获取每一所述经典帧中干涉对比度极小值相应的目标移相电压和目标移相时间，对此本申请不做具体限制。以及，由于本申请实施例提供的k为大于1且不大于N的正整数，即本申请实施例提供的QKD系统主动相位补偿方法，在对量子帧进行补偿时，可对第一量子帧进行舍弃不做补偿处理。
相应的，本申请实施例一还提供了一种基于相位编码的QKD系统主动相位补偿系统，包括：
监测模块，所述监测模块用于获取QKD系统的发送端输出的光脉冲信号，所述光脉冲信号包括第一帧信号至第N帧信号，且第i帧信号包括第i经典帧和第i量子帧，所述N为不小于2的整数，i为不大于N的正整数，其中，所述QKD系统的接收端通过移相器对所述光脉冲信号进行相位调制；及，获取每一所述经典帧中干涉对比度极值点相应的目标移相电压和目标移相时间；
以及，补偿模块，所述补偿模块用于以(第k-1目标移相时间，第k-1目标移相电压)和(第k目标移相时间，第k目标移相电压)为坐标得到第k线性关系曲线公式，k为大于1且不大于N的正整数；及，对第k量子帧进行分段为至少一个第k子量子帧，每一所述第k子量子帧对应有各自的第k量子时间，将所述第k量子时间代入所述第k线性关系曲线公式，计算每一所述第k子量子帧各自对应的第k调整电压，将所述第k调整电压传输至所述移相器，完成对所述第k量子帧的实时主动相位补偿。
可以理解的，本申请通过在QKD系统的接收端设置移相器对光脉冲信号进行相位调制，由于移相器的成本较低，因此能够降低量子密钥分发系统的成本。以及，在主动相位补偿过程中，获取每一经典帧中干涉对比度极值点相应的目标相关参数(目标移相电压和目标移相时间)，而后根据相邻两个经典帧各自相应的目标相关参数，获取相邻两个经典帧的电压近似线性关系，计算之后量子帧的调整电压，并通过进一步的对量子帧进行分段，以计算每段子量子帧相应的调整电压，进一步的提高了主动相位补偿的精度。
实施例二
参考图2所示，为本申请实施例二提供的一种基于相位编码的QKD系统主动相位补偿方法的流程图，其中，QKD系统主动相位补偿方法包括：
S1、获取QKD系统的发送端输出的光脉冲信号，所述光脉冲信号包括第一帧信号至第N帧信号，且第i帧信号包括第i经典帧和第i量子帧，所述N为不小于2的整数，i为不大于N的正整数，其中，所述QKD系统的接收端通过移相器对所述光脉冲信号进行相位调制；
S2、获取每一所述经典帧中干涉对比度极值点相应的目标移相电压和目标移相时间，包括S21、对第j经典帧划分多段为多个第j子经典帧，每一所述第j子经典帧对应有各自的第j移相电压和第j移相时间，所述第j移相电压为传输至所述移相器上的电压，其中，在每一所述第j子经典帧各自相应的第j干涉对比度中查找第j干涉对比度极值点，并获取与所述第j干涉对比度极值点相应的第j子经典帧对应的第j移相电压和第j移相时间，分别为第j目标移相电压和第j目标移相时间，以此获取每一经典帧对应的目标移相电压和目标移相时间，j为不大于N的正整数；
S3、以(第k-1目标移相时间，第k-1目标移相电压)和(第k目标移相时间，第k目标移相电压)为坐标得到第k线性关系曲线公式，k为大于1且不大于N的正整数；
S4、对第k量子帧进行分段为至少一个第k子量子帧，每一所述第k子量子帧对应有各自的第k量子时间，将所述第k量子时间代入所述第k线性关系曲线公式，计算每一所述第k子量子帧各自对应的第k调整电压，将所述第k调整电压传输至所述移相器，完成对所述第k量子帧的实时主动相位补偿。
具体结合图2和对3对本申请实施例二提供的技术方案进行详细描述，图3为本申请实施例二提供的一种光脉冲信号的结构示意图，首先获取QKD系统的发送端输出的光脉冲信号，其中，光脉冲信号包括多个帧信号，如第一帧信号T1至第N帧信号Tn，且每一帧信号均包括有一经典帧和一量子帧，如第一帧信号T1包括第一经典帧T11和第一量子帧T12，第二帧信号T2包括第二经典帧T21和第二量子帧T22，以此类推，第N帧信号Tn包括第N经典帧Tn1和第N量子帧Tn2，其中，光脉冲信号的相位通过接收端的移相器进行相位调制。
而后，对每一经典帧划分多段为多个子经典帧，每一子经典帧对应有各自的移相电压和移相时间。如，以对每一经典帧划分h段为例进行说明，h为不小于2的整数，其中，对第一经典帧T11划分为h个第一子经典帧，对第二经典帧T21划分为h个第二子经典帧，以此类推，对第N经典帧Tn1划分为h个第N子经典帧。以及，第一经典帧T11的h个第一子经典帧各自相应移相电压依次为V11-V1h，以及，第一经典帧T11的h个第一子经典帧各自相应移相时间依次为t11-t1h，依次类推，第N经典帧Tn1的h个第N子经典帧各自相应移相电压依次为Vn1-Vnh，以及，第N经典帧Tn1的h个第N子经典帧各自相应移相时间依次为tn1-tnh。
对于同一经典帧，对其多个子经典帧各自相应的干涉对比度中判断干涉对比度极值点后，获取该干涉对比度极值点相应子经典帧对应的移相电压和移相时间，分别为目标移相电压和目标移相时间。如，第一经典帧T11的h个第一子经典帧各自相应的干涉对比度分别为Vsib11-Vsib1h，在Vsib11-Vsib1h中找到最大值即为第一干涉对比度极值点，该第一干涉对比度极值点相应第一子经典帧对应的第一移相电压和第一移相时间，分别为第一目标移相电压Volt-1和第一目标移相时间t1；以此类推，第N经典帧Tn1的h个第一子经典帧各自相应的干涉对比度分别为Vsibn1-Vsibnh，在Vsibn1-Vsibnh中找到最大值即为第N干涉对比度极值点，该第N干涉对比度极值点相应第N子经典帧对应的第N移相电压Volt-n和第N移相时间tn，分别为第N目标移相电压和第N目标移相时间。
然后，以(第k-1目标移相时间，第k-1目标移相电压)和(第k目标移相时间，第k目标移相电压)为坐标得到第k线性关系曲线公式。如，以第一目标移相时间t1、第一目标移相电压Volt-1、第一目标移相时间t2和第一目标移相电压Volt-2为例说明，其中，以(t1，Volt-1)和(t2，Volt-2)为坐标，可以得到第二线性关系曲线公式。
最后，将第k量子帧分段为至少一个第k子量子帧，其中，每一第k子量子帧对应有各自的第k量子时间，将第k子量子帧相应的第k量子时间，代入第k线性关系曲线公式，计算出相应的第k调整电压，并将每一个第k调整电压传输至移相器，对第k量子帧中每一第k子量子帧进行实时的主动相位补偿。如，将第二量子帧分段为多个第二子量子帧，将第二子量子帧相应的第二量子时间代入第二线性关系曲线公式，可以得到相应的第二调整电压，依次类推计算每一第二子量子帧各自相应的第二调整电压，同时将每一第二调整电压传输至移相器，完成对第二量子帧的实时主动相位补偿。
在本申请实施例二中，本申请提供的主动相位补偿方法中，需要对每一经典帧进行分段，其中，对每一经典帧分段数量可以相同，也可以不同，对此需要根据实际情况进行划分。并且，对经典帧分段后每一子经典帧对应有各自的移相电压和移相时间，在同一经典帧的子经典帧中，随着经典帧周期方向，本申请实施例提供的子经典帧对应的移相电压可以逐渐增大，对此本申请不做具体限制。或者，在本申请其他实施例中，随着经典帧周期方向，移相电压逐渐减小，或无规律变化。此移相电压为接收端的上位机计算得到，且通过接收端的本端控制器通过DAC器件加载至移相器的电压，移相器根据该移相电压对经典帧经过移相器的光子的相位进行线性调制；
而后，对经典帧进行分段后需要查找同一经典帧的周期内干涉对比度极值点及目标相关参数，如对一经典帧分三段为三个子经典帧，三个子经典帧的干涉对比度分别为Visb1、Visb2和Visb3，通过对三个干涉对比度进行比较得到最大的干涉对比度为干涉对比度极值点，而后能够确定该干涉对比度极值点相对应的子经典帧，并获得该子经典帧对应的移相电压和移相时间为目标移相电压和目标移相时间。
在本申请实施例二中，本申请提供的在步骤S2(即实施例二的步骤S21)中，若判断第m干涉对比度极值点不处于干涉对比度阈值范围内时，舍弃第m帧信号，且自第m+1帧信号起采用所述步骤S2(即实施例二的步骤S21)至步骤S4过程继续对量子帧进行实时主动相位补偿，m为不大于N的正整数。
可以理解的，在步骤S21中，对每一经典帧进行分段为多个子经典帧，而后，对同一经典帧中的多个子经典帧对应的干涉对比度进行比较，得到干涉对比度极值点。其中，设定一干涉对比度阈值范围，如果干涉对比度极值点处于该干涉对比度阈值范围内，主动相位补偿过程继续；当判断干涉对比度极值点不处于干涉对比度阈值范围内时，那么，该干涉对比度极值点相应的帧信号中量子帧的数据不进入后续基矢对比等阶段累计，即舍去这一帧信号。而后，自下一帧信号起，继续进行分段处理且采用步骤S2至步骤S4的方式进行主动相位补偿。
在本申请实施例二中，本申请实施例提供的获取任意一子经典帧的干涉对比度包括：
获取第一单光子探测器和第二单光子探测器在所述子经典帧的计数率；
计算所述第一单光子探测器和所述第二单光子探测器在所述子经典帧的计数率的比值为所述干涉对比度；
其中，参考图4所示，为本申请实施例提供的一种接收端的结构示意图，所述接收端将所述光脉冲信号分解为第一光脉冲子信号和第二光脉冲子信号，所述移相器FPS对所述第一光脉冲子信号进行相位调制后与第二光脉冲子信号相干合成，并传输至所述第一单光子探测器D1和/或所述第二单光子探测器D2。
进一步的，由于单光子探测器自身存在本底与死时间的问题，为了提高干涉对比度的灵敏度，需要对单光子探测器进行矫正死时间影响和矫正本底影响，即，在计算所述干涉对比度之前，还包括：
对获取的第一单光子探测器和第二单光子探测器在所述子经典帧的计数率进行校正，其中，所述第一单光子探测器和所述第二单光子探测器中任意一单光子探测器的计数率校正公式为：
Figure BDA0001926383110000111
其中，Cnt_D’为所述单光子探测器的校正后的计数率，Cnt_D为所述单光子探测器的计数率，T为统计所述单光子探测器的计数率的时间，td为所述单光子探测器的死时间，C为所述单光子探测器的暗计数的数值。
可以理解的，单光子探测器的死时间为固定系统设置，可以直接使用其数据。此外，本底数据可以用单光子探测器监测标定的参数表示，对此需要中断QKD系统流程来重新获取单光子探测器本底暗计数，即在所述暗计数的数据采用所述单光子探测器监测标定的参数时，C为所述单光子探测器监测标定暗计数的数值；
或者，本底数据可以用数据后处理得到的真空态发送脉冲概率、接收脉冲概率来估算，对此可以在QKD系统运行中的数据后处理过程中提取上述参数来估算本底暗计数，而且一次数据后处理可以更新一次参数，避免单光子探测器的暗计数参数变化带来的校准不准确的问题，即在所述暗计数的数据使用所述QKD系统的数据后处理得到的真空态发送脉冲概率、接收脉冲概率估算方法时，C为：
Figure BDA0001926383110000121
其中，M0xx为发送真空态时的、基矢对比后的x基矢的所述接收端的脉冲个数，其除以2是因为M0xx技术包括了第一单光子探测器和第二单光子探测器；N0x为所述发送端发送真空态时的、发送x基矢的脉冲个数，f为QKD系统的频率。
在本申请实施例二中，在得到了经典帧相应的目标移相电压和目标移相时间后，即能够对相邻两个经典帧之间的量子帧进行主动相位补偿，首先，以(第k-1目标移相时间，第k-1目标移相电压)和(第k目标移相时间，第k目标移相电压)为坐标得到第k线性关系曲线公式，如以第一经典帧相应的(t1，Volt_1)和第二经典帧相应的(t2，Volt_2)为坐标点，将移相电压的变化做近似线性处理，即通过(t1，Volt_1)和(t2，Volt_2)得出第二线性关系曲线公式为：
Figure BDA0001926383110000122
其中，y为纵坐标电压，x为横坐标时间。
而后，将第k量子帧分段为至少一个第k子量子帧，其中，在将第k量子帧分段为多个第k子量子帧时，可以对第k量子帧进行等距分段为多个第k子量子帧，且根据所述移相器的器件速率确定等距分段的数量上限，及根据第k相位漂移速率确定等距分段数量的下限，所述第k相位漂移速率参考第k-1目标移相电压、第k目标移相电压、第k-1目标移相时间和第k目标移相时间计算，即第k相位漂移速率＝a*(第k目标移相电压-第k-1目标移相电压)/(第k目标移相时间-第k-1目标移相时间)，a为加载至移相器的移相电压和产生的相位的线性关系系数。
然后，将第k子量子帧相应的第k量子时间，代入第k线性关系曲线公式，计算出相应的第k调整电压，并将每一个第k调整电压传输至移相器，对第k量子帧中每一第k子量子帧进行实时的主动相位补偿。如将第二量子帧分段为多个第二子量子帧，将第二子量子帧相应的第二量子时间代入第二线性关系曲线公式，可以得到相应的第二调整电压，依次类推计算每一第二子量子帧各自相应的第二调整电压，同时将每一第二调整电压传输至移相器，完成对第二量子帧的实时主动相位补偿。
在本申请实施例二中，本申请提供的所述移相器可以为光纤移相器。
相应的，本申请实施例二还提供了一种基于相位编码的QKD系统主动相位补偿系统，包括：
监测模块，所述监测模块用于获取QKD系统的发送端输出的光脉冲信号，所述光脉冲信号包括第一帧信号至第N帧信号，且第i帧信号包括第i经典帧和第i量子帧，所述N为不小于2的整数，i为不大于N的正整数，其中，所述QKD系统的接收端通过移相器对所述光脉冲信号进行相位调制；以及，对第j经典帧划分多段为多个第j子经典帧，每一所述第j子经典帧对应有各自的第j移相电压和第j移相时间，所述第j移相电压为传输至所述移相器上的电压，其中，在每一所述第j子经典帧各自相应的第j干涉对比度中查找第j干涉对比度极值点，并获取与所述第j干涉对比度极值点相应的第j子经典帧对应的第j移相电压和第j移相时间，分别为第j目标移相电压和第j目标移相时间，以此获取每一经典帧对应的目标移相电压和目标移相时间，j为不大于N的正整数；
以及，补偿模块，所述补偿模块用于以(第k-1目标移相时间，第k-1目标移相电压)和(第k目标移相时间，第k目标移相电压)为坐标得到第k线性关系曲线公式，k为大于1且不大于N的正整数；对第k量子帧进行分段为至少一个第k子量子帧，每一所述第k子量子帧对应有各自的第k量子时间，将所述第k量子时间代入所述第k线性关系曲线公式，计算每一所述第k子量子帧各自对应的第k调整电压，将所述第k调整电压传输至所述移相器，完成对所述第k量子帧的实时主动相位补偿。
由上述内容可知，本申请实施例二提供的一种基于相位编码的QKD系统的主动相位补偿方法和系统，其中，通过在QKD系统的接收端设置移相器对光脉冲信号进行相位调制，由于移相器的成本较低，因此能够降低量子密钥分发系统的成本。
在主动相位补偿过程中，对每个经典帧进行分段，而后根据每段的子经典帧相应干涉对比度大小相比较得到相应干涉对比度极值点，同时得到该干涉对比度极值点及目标相关参数，由此降低了获取经典帧中干涉对比度极值点及目标相关参数的复杂程度。
并且，在主动相位补偿的过程中，通过相邻两个经典帧的电压近似线性关系，计算之后量子帧的调整电压，且通过进一步的对量子帧进行分段，以计算每段子量子帧相应的调整电压，进一步的提高了主动相位补偿的精度。
实施例三
参考图5所示，为本申请实施例三提供的一种基于相位编码的QKD系统主动相位补偿方法的流程图，其中，主动相位补偿方法包括：
S1、获取QKD系统的发送端输出的光脉冲信号，所述光脉冲信号包括第一帧信号至第N帧信号，且第i帧信号包括第i经典帧和第i量子帧，所述N为大于2的整数，i为不大于N的正整数，其中，所述QKD系统的接收端通过移相器对所述光脉冲信号进行相位调制；
S2、获取每一所述经典帧中干涉对比度极值点相应的目标移相电压和目标移相时间，包括步骤S21、S22和S23，其中，S21、对第一经典帧划分多段为多个第一子经典帧，每一所述第一子经典帧对应有各自的第一移相电压和第一移相时间，所述第一移相电压为传输至所述移相器上的电压，其中，在每一所述第一子经典帧各自相应的第一干涉对比度中查找第一干涉对比度极值点，并获取与所述第一干涉对比度极值点相应的第一子经典帧对应的第一移相电压和第一时间，分别为第一目标移相电压和第一目标移相时间；
S22、对第二经典帧划分多段为多个第二子经典帧，每一所述第二子经典帧对应有各自的第二移相电压和第一移相时间，所述第二移相电压为传输至所述移相器上的电压，其中，在每一所述第二子经典帧各自相应的第二干涉对比度中查找第二干涉对比度极值点，并获取与所述第二干涉对比度极值点相应的第二子经典帧对应的第二移相电压和第二时间，分别为第二目标移相电压和第二目标移相时间；
S23、根据第j目标移相电压、第j+1目标移相电压、第j目标移相时间和第j+1目标移相时间，估算在第j+2经典帧中第j+2干涉对比度极值点对应的第j+2目标移相电压范围后，在所述第j+2目标移相电压范围内确定所述第j+2干涉对比度极值点相应的第j+2目标移相电压及相应第j+2目标移相时间，以此获取第三经典帧的第三目标移相电压至所述第N经典帧相应的第N目标移相电压和相应第三目标移相时间至第N目标移相时间，j为不大于N-2的正整数；
S3、以(第k-1目标移相时间，第k-1目标移相电压)和(第k目标移相时间，第k目标移相电压)为坐标得到第k线性关系曲线公式，k为大于1且不大于N的正整数；
S4、对第k量子帧进行分段为至少一个第k子量子帧，每一所述第k子量子帧对应有各自的第k量子时间，将所述第k量子时间代入所述第k线性关系曲线公式，计算每一所述第k子量子帧各自对应的第k调整电压，将所述第k调整电压传输至所述移相器，完成对所述第k量子帧的实时主动相位补偿。
具体结合图5和对6对本申请实施例三提供的技术方案进行详细描述，图6为本申请实施例三提供的一种光脉冲信号的结构示意图，其中，光脉冲信号包括多个帧信号，如第一帧信号T1至第N帧信号Tn，且每一帧信号均包括有一经典帧和一量子帧，如第一帧信号T1包括第一经典帧T11和第一量子帧T12，第二帧信号T2包括第二经典帧T21和第二量子帧T22，以此类推，第N帧信号Tn包括第N经典帧Tn1和第N量子帧Tn2，其中，光脉冲信号的相位通过接收端的移相器进行相位调制。
而后，对第一经典帧T11和第二经典帧T21进行分段；如对第一经典帧T11和第二经典帧T21均划分h段为例进行说明，h为不小于2的整数，其中，对第一经典帧T11划分为h个第一子经典帧，对第二经典帧T21划分为h个第二子经典帧，以及，第一经典帧T11的h个第一子经典帧各自相应移相电压依次为V11-V1h，以及，第一经典帧T11的h个第一子经典帧各自相应移相时间依次为t11-t1h，第二经典帧Tn1的h个第N子经典帧各自相应移相电压依次为V21-V2h，以及，第二经典帧T21的h个第N子经典帧各自相应移相时间依次为t21-t2h；
查找第一经典帧T11和第二经典帧T21各自相应的干涉对比度极值点及目标相关参数，其中，第一经典帧T11的h个第一子经典帧各自相应的干涉对比度分别为Vsib11-Vsib1h，在Vsib11-Vsib1h中找到最大值即为第一干涉对比度极值点，该第一干涉对比度极值点相应第一子经典帧对应的第一移相电压和第一移相时间，分别为第一目标移相电压Volt-1和第一目标移相时间t1；以及，第二经典帧T21的h个第二子经典帧各自相应的干涉对比度分别为Vsib21-Vsib2h，在Vsib21-Vsib2h中找到最大值即为第二干涉对比度极值点，该第二干涉对比度极值点相应第二子经典帧对应的第二移相电压和第二移相时间，分别为第二目标移相电压Volt-2和第一目标移相时间t2。
而后，根据第j目标移相电压、第j+1目标移相电压、第j目标移相时间和第j+1目标移相时间，估算在第j+2经典帧中第j+2干涉对比度极值点对应的第j+2目标移相电压范围后，在所述第j+2目标移相电压范围内确定所述第j+2干涉对比度极值点相应的第j+2目标移相电压及相应第j+2目标移相时间，以此获取第三经典帧的第三目标移相电压至所述第N经典帧相应的第N目标移相电压和相应第三目标移相时间至第N目标移相时间，j为不大于N-2的正整数。如，根据第一目标移相电压Volt-1、第一目标移相时间t1、第二目标移相电压Volt-2和第一目标移相时间t2，估算第三经典帧T31中第三干涉对比度极值点对应的第三目标移相电压范围V3’，而后根据第一单光子探测器和第二单光子探测器在第三目标移相电压范围内得到的干涉对比度确定干涉对比度极值点，而后确定干涉对比度极值点对应的移相电压和移相时间分别为第三目标移相电压Volt-3和第三目标移相时间t3；依次类推，获取第N经典帧的第N目标移相电压和第N目标移相时间。
然后，以(第k-1目标移相时间，第k-1目标移相电压)和(第k目标移相时间，第k目标移相电压)为坐标得到第k线性关系曲线公式。如，以第一目标移相时间t1、第一目标移相电压Volt-1、第一目标移相时间t2和第一目标移相电压Volt-2为例说明，其中，以(t1，Volt-1)和(t2，Volt-2)为坐标，可以得到第二线性关系曲线公式。
最后，将第k量子帧分段为至少一个第k子量子帧，其中，每一第k子量子帧对应有各自的第k量子时间，将第k子量子帧相应的第k量子时间，代入第k线性关系曲线公式，计算出相应的第k调整电压，并将每一个第k调整电压传输至移相器，对第k量子帧中每一第k子量子帧进行实时的主动相位补偿。如，将第二量子帧分段为多个第二子量子帧，将第二子量子帧相应的第二量子时间代入第二线性关系曲线公式，可以得到相应的第二调整电压，依次类推计算每一第二子量子帧各自相应的第二调整电压，同时将每一第二调整电压传输至移相器，完成对第二量子帧的实时主动相位补偿。
在本申请实施例三中，在本申请实施例提供的主动相位补偿方法中，需要对第一经典帧和第二经典帧进行分段，其中，对第一经典帧和第二经典帧的分段需要根据实际应用进行分段，对此每个经典帧的分段数量可以相同或不同。并且，对经典帧分段后每一子经典帧对应有各自的移相电压和移相时间，在同一经典帧的子经典帧中，随着经典帧周期方向，本申请实施例提供的子经典帧对应的移相电压可以逐渐增大，对此本申请不做具体限制。或者，在本申请其他实施例中，随着经典帧周期方向，移相电压逐渐减小，或无规律变化。此移相电压为接收端的上位机计算得到，且通过接收端的本端控制器通过DAC器件加载至移相器的电压，移相器根据该移相电压对经典帧经过移相器的光子的相位进行线性调制；
而后，对经典帧进行分段后需要查找该经典帧的周期内干涉对比度极值点及目标相关参数，如对一经典帧分三段为三个子经典帧，三个子经典帧的干涉对比度分别为Visb1、Visb2和Visb3，通过对三个干涉对比度进行比较得到最大的干涉对比度为干涉对比度极值点，而后能够确定该干涉对比度极值点相对应的子经典帧，并获得该子经典帧对应的移相电压和移相时间为目标移相电压和目标移相时间。
以及，在得到第一经典帧和第二经典帧中各自相应干涉对比度极值点及目标相关参数(目标移相电压和目标移相时间)后，能够估算下一经典帧中干涉对比度极值点对应的目标移相电压范围，进而确定其目标相关参数。其中，在本申请实施例三中，估算在第j+2经典帧中第j+2干涉对比度极值点对应的第j+2目标移相电压范围包括：
根据所述第j目标移相电压和所述第j+1目标移相电压的差值，与所述第j目标移相时间和所述第j+1目标移相时间的差值计算电压漂移速率；
根据所述第j+1目标移相电压+(第j+2经典帧的周期-第j+1经典帧的周期)*所述电压漂移速率估算所述第j+2目标移相电压范围。
如，估算第三经典帧中干涉对比度极值点对应的目标移相电压范围，其中，计算第三目标移相电压范围包括：根据第一目标移相电压Volt_1和第二目标移相电压Volt_2的差值，与第一目标移相时间t1和第二目标移相时间t2的差值，计算电压漂移速率＝(Volt_2-Volt_1)/(t2-t1)；而后，计算第三目标图移相电压范围Volt_3’＝Volt_2+(T3-T2)*(Volt_2-Volt_1)/(t2-t1)，其中，T3为第三经典帧的周期，T2为第二经典帧的周期。在得到第三经典帧的第三目标移相电压范围后，在第三目标移相电压范围对应的时间段内确定第三干涉对比度极值点，根据第三干涉对比度极值点确定相应第三经典帧中的第三移相电压和第三移相时间，分别为第三目标移相电压和第三目标移相时间。其中，采用先估算目标移相电压范围，而后在目标移相电压范围相应时间段内查找干涉对比度极值点，并根据干涉对比度极值点确定经典帧中的目标移相电压和目标移相时间的方式，无需对经典帧整个时间段进行扫描处理，进而能够有效简化在后续经典帧中确定目标相关参数的流程。
在本申请实施例三中，本申请实施例提供的在步骤S23中，若在第l目标移相电压范围内未能确定第l干涉对比度极值点，则舍弃第l帧信号，且自第l+1帧信号起采用所述步骤S21至步骤S4过程继续对量子帧进行实时主动相位补偿，l为大于2且不大于N的正整数。
可以理解的，若当前经典帧中相位发生了极大的漂移，则在步骤S23中确定目标移相电压范围后，由于发生极大相位漂移，在该目标移相电压范围内则无法确定干涉对比的极值点，故而，将该相应的帧信号舍弃，且自下一帧信号起，依旧采用述步骤S21至步骤S4过程继续对量子帧进行实时主动相位补偿。
在本申请实施例三中，本申请提供的在步骤S2(即实施例三中步骤S21、S22和S23)中，若判断第m干涉对比度极值点不处于干涉对比度阈值范围内时，舍弃该第m帧信号，且自第m+1帧信号起采用所述步骤S21至步骤S4过程继续对量子帧进行实时主动相位补偿。
可以理解的，在步骤S21和步骤S22中，需要在每一第一子经典帧各自相应的第一干涉对比度中查找第一干涉对比度极值点，以及，在每一第二子经典帧各自相应的第二干涉对比度中查找第二干涉对比度极值点。以及，在步骤S23中，在确定后续经典帧的干涉对比度极值点后，即能够确定后续经典帧的目标移相电压和目标移相时间。
其中，在对第一经典帧至第N经典帧处理过程中，在得到经典帧的干涉对比度极值点后，可以进一步判断该干涉对比度极值点与干涉对比度阈值范围的关系，如果干涉对比度极值点处于该干涉对比度阈值范围内，主动相位补偿过程继续；如果干涉对比度极值点不处于干涉对比度阈值范围内，那么，该干涉对比度极值点相应的帧信号中量子帧的数据不进入后续基矢对比等阶段累计，即舍去这一帧信号。而后，自下一帧信号起，继续采用步骤S21至步骤S4的方式进行主动相位补偿。
在本申请实施例三中，本申请提供的获取任意一子经典帧的干涉对比度包括：
获取第一单光子探测器和第二单光子探测器在所述子经典帧的计数率；
计算所述第一单光子探测器和所述第二单光子探测器在所述子经典帧的计数率的比值为所述干涉对比度；
参考图4所示，所述接收端将所述光脉冲信号分解为第一光脉冲子信号和第二光脉冲子信号，所述移相器FPS对所述第一光脉冲子信号进行相位调制后与第二光脉冲子信号相干合成，并传输至所述第一单光子探测器D1和/或所述第二单光子探测器D2。
进一步的，由于单光子探测器自身存在本底与死时间的问题，为了提高干涉对比度的灵敏度，需要对单光子探测器进行矫正死时间影响和矫正本底影响，即，在计算所述干涉对比度之前，还包括：
对获取的第一单光子探测器和第二单光子探测器在所述子经典帧的计数率进行校正，其中，所述第一单光子探测器和所述第二单光子探测器中任意一单光子探测器的计数率校正公式为：
Figure BDA0001926383110000211
其中，Cnt_D’为所述单光子探测器的校正后的计数率，Cnt_D为所述单光子探测器的计数率，T为统计所述单光子探测器的计数率的时间，td为所述单光子探测器的死时间，C为所述单光子探测器的暗计数的数值。
可以理解的，单光子探测器的死时间为固定系统设置，可以直接使用其数据。此外，本底数据可以用单光子探测器监测标定的参数表示，对此需要中断QKD系统流程来重新获取单光子探测器本底暗计数，即在所述暗计数的数据采用所述单光子探测器监测标定的参数时，C为所述单光子探测器监测标定暗计数的数值；
或者，本底数据可以用数据后处理得到的真空态发送脉冲概率、接收脉冲概率来估算，对此可以在QKD系统运行中的数据后处理过程中提取上述参数来估算本底暗计数，而且一次数据后处理可以更新一次参数，避免单光子探测器的暗计数参数变化带来的校准不准确的问题，即在所述暗计数的数据使用所述QKD系统的数据后处理得到的真空态发送脉冲概率、接收脉冲概率估算方法时，C为：
Figure BDA0001926383110000221
其中，M0xx为发送真空态时的、基矢对比后的x基矢的所述接收端的脉冲个数，其除以2是因为M0xx技术包括了第一单光子探测器和第二单光子探测器；N0x为所述发送端发送真空态时的、发送x基矢的脉冲个数，f为QKD系统的频率。
在得到了经典帧相应的目标移相电压和目标移相时间后，即能够对相邻两个经典帧之间的量子帧进行主动相位补偿，首先，以(第k-1目标移相时间，第k-1目标移相电压)和(第k目标移相时间，第k目标移相电压)为坐标得到第k线性关系曲线公式，如以第一经典帧相应的(t1，Volt_1)和第二经典帧相应的(t2，Volt_2)为坐标点，将移相电压的变化做近似线性处理，即通过(t1，Volt_1)和(t2，Volt_2)得出第二线性关系曲线公式为：
Figure BDA0001926383110000222
其中，y为纵坐标电压，x为横坐标时间。
而后，将第k量子帧分段为至少一个第k子量子帧，其中，可以对第k量子帧进行等距分段为多个第k子量子帧，且根据所述移相器的器件速率确定等距分段的数量上限，及根据第k相位漂移速率确定等距分段数量的下限，所述第k相位漂移速率参考第k-1目标移相电压、第k目标移相电压、第k-1目标移相时间和第k目标移相时间计算，即第k相位漂移速率＝a*(第k目标移相电压-第k-1目标移相电压)/(第k目标移相时间-第k-1目标移相时间)，a为加载至移相器的移相电压和产生的相位的线性关系系数。
然后，将第k子量子帧相应的第k量子时间，代入第k线性关系曲线公式，计算出相应的第k调整电压，并将每一个第k调整电压传输至移相器，对第k量子帧中每一第k子量子帧进行实时的主动相位补偿。如将第二量子帧分段为多个第二子量子帧，将第二子量子帧相应的第二量子时间代入第二线性关系曲线公式，可以得到相应的第二调整电压，依次类推计算每一第二子量子帧各自相应的第二调整电压，同时将每一第二调整电压传输至移相器，完成对第二量子帧的实时主动相位补偿。
在本申请实施例三中，本申请提供的所述移相器为光纤移相器。
相应的，本申请实施例三还提供了一种基于相位编码的QKD系统主动相位补偿系统，包括：
监测模块，所述监测模块用于获取QKD系统的发送端输出的光脉冲信号，所述光脉冲信号包括第一帧信号至第N帧信号，且第i帧信号包括第i经典帧和第i量子帧，所述N为大于2的整数，i为不大于N的正整数，其中，所述QKD系统的接收端通过移相器对所述光脉冲信号进行相位调制；对第一经典帧划分多段为多个第一子经典帧，每一所述第一子经典帧对应有各自的第一移相电压和第一移相时间，所述第一移相电压为传输至所述移相器上的电压，其中，在每一所述第一子经典帧各自相应的第一干涉对比度中查找第一干涉对比度极值点，并获取与所述第一干涉对比度极值点相应的第一子经典帧对应的第一移相电压和第一时间分别为第一目标移相电压和第一目标移相时间；对第二经典帧划分多段为多个第二子经典帧，每一所述第二子经典帧对应有各自的第二移相电压和第一移相时间，所述第二移相电压为传输至所述移相器上的电压，其中，在每一所述第二子经典帧各自相应的第二干涉对比度中查找第二干涉对比度极值点，并获取与所述第二干涉对比度极值点相应的第二子经典帧对应的第二移相电压和第二时间分别为第二目标移相电压和第二目标移相时间；根据第j目标移相电压、第j+1目标移相电压、第j目标移相时间和第j+1目标移相时间，估算在第j+2经典帧中第j+2干涉对比度极值点对应的第j+2目标移相电压范围后，在所述第j+2目标移相电压范围内确定所述第j+2干涉对比度极值点相应的第j+2目标移相电压及相应第j+2目标移相时间，以此获取第三经典帧的第三目标移相电压至所述第N经典帧相应的第N目标移相电压和相应第三目标移相时间至第N目标移相时间，j为不大于N-2的正整数；
以及，补偿模块，所述补偿模块用于以(第k-1目标移相时间，第k-1目标移相电压)和(第k目标移相时间，第k目标移相电压)为坐标得到第k线性关系曲线公式，k为大于1且不大于N的正整数；对第k量子帧进行分段为至少一个第k子量子帧，每一所述第k子量子帧对应有各自的第k量子时间，将所述第k量子时间代入所述第k线性关系曲线公式，计算每一所述第k子量子帧各自对应的第k调整电压，将所述第k调整电压传输至所述移相器，完成对所述第k量子帧的实时主动相位补偿。
相应的，本申请还提供了一种基于相位编码的QKD系统，包括上述实施例一至实施例三任意一实施例提供的基于相位编码的QKD系统主动相位补偿系统。
由上述内容可知，本申请提供的一种基于相位编码的QKD系统及其主动相位补偿方法和系统，其中，通过在QKD系统的接收端设置移相器对光脉冲信号进行相位调制，由于移相器的成本较低，因此能够降低量子密钥分发系统的成本。
在主动相位补偿过程中，对每个经典帧进行分段，而后根据每段的子经典帧相应干涉对比度大小相比较得到相应干涉对比度极值点，同时得到该干涉对比度极值点及目标相关参数，由此降低了获取经典帧中干涉对比度极值点及目标相关参数的复杂程度。
或者，在主动相位补偿过程中，通过对第一经典帧和第二经典帧分段，以此根据每段的子经典帧相应干涉对比度大小相比较得到相应干涉对比度极值点，同时得到该干涉对比度极值点及目标相关参数；且在获取后续经典帧相应干涉对比度极值点及目标相关参数时，首先根据之前经典帧的目标相关参数估算后续经典帧相应的目标相关参数范围，而后根据估算目标相关参数范围确定最终的目标相关参数，由此降低了获取经典帧中干涉对比度极值点及目标相关参数的复杂程度。
并且，在主动相位补偿的过程中，通过相邻两个经典帧的电压近似线性关系，计算之后量子帧的调整电压，并通过进一步的对量子帧进行分段，以计算每段子量子帧相应的调整电压，进一步的提高了主动相位补偿的精度。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (11)

1.一种基于相位编码的QKD系统主动相位补偿方法，其特征在于，包括：
S1、获取QKD系统的发送端输出的光脉冲信号，所述光脉冲信号包括第一帧信号至第N帧信号，且第i帧信号包括第i经典帧和第i量子帧，所述N为不小于2的整数，i为不大于N的正整数，其中，所述QKD系统的接收端通过移相器对所述光脉冲信号进行相位调制；
S2、获取每一所述经典帧中干涉对比度极值点相应的目标移相电压和目标移相时间；
S3、以(第k-1目标移相时间，第k-1目标移相电压)和(第k目标移相时间，第k目标移相电压)为坐标得到第k线性关系曲线公式，k为大于1且不大于N的正整数；其中，所述第k线性关系曲线公式为：
Figure FDA0003750587130000011
其中，t(k-1)为第k-1目标移相时间，Volt_(k-1)为第k-1目标移相电压，tk为第k目标移相时间，Volt_k为第k目标移相电压，y为纵坐标电压，x为横坐标时间；
S4、对第k量子帧进行分段为至少一个第k子量子帧，每一所述第k子量子帧对应有各自的第k量子时间，将所述第k量子时间代入所述第k线性关系曲线公式，计算每一所述第k子量子帧各自对应的第k调整电压，将所述第k调整电压传输至所述移相器，完成对所述第k量子帧的实时主动相位补偿。
2.根据权利要求1所述的基于相位编码的QKD系统主动相位补偿方法，其特征在于，获取每一所述经典帧中干涉对比度极值点相应的目标移相电压和目标移相时间，包括：
S21、对第j经典帧划分多段为多个第j子经典帧，每一所述第j子经典帧对应有各自的第j移相电压和第j移相时间，所述第j移相电压为传输至所述移相器上的电压，其中，在每一所述第j子经典帧各自相应的第j干涉对比度中查找第j干涉对比度极值点，并获取与所述第j干涉对比度极值点相应的第j子经典帧对应的第j移相电压和第j移相时间，分别为第j目标移相电压和第j目标移相时间，以此获取每一经典帧对应的目标移相电压和目标移相时间，j为不大于N的正整数。
3.根据权利要求1所述的基于相位编码的QKD系统主动相位补偿方法，其特征在于，获取每一所述经典帧中干涉对比度极值点相应的目标移相电压和目标移相时间，包括：
S21、对第一经典帧划分多段为多个第一子经典帧，每一所述第一子经典帧对应有各自的第一移相电压和第一移相时间，所述第一移相电压为传输至所述移相器上的电压，其中，在每一所述第一子经典帧各自相应的第一干涉对比度中查找第一干涉对比度极值点，并获取与所述第一干涉对比度极值点相应的第一子经典帧对应的第一移相电压和第一时间，分别为第一目标移相电压和第一目标移相时间；
S22、对第二经典帧划分多段为多个第二子经典帧，每一所述第二子经典帧对应有各自的第二移相电压和第一移相时间，所述第二移相电压为传输至所述移相器上的电压，其中，在每一所述第二子经典帧各自相应的第二干涉对比度中查找第二干涉对比度极值点，并获取与所述第二干涉对比度极值点相应的第二子经典帧对应的第二移相电压和第二时间，分别为第二目标移相电压和第二目标移相时间；
S23、根据第j目标移相电压、第j+1目标移相电压、第j目标移相时间和第j+1目标移相时间，估算在第j+2经典帧中第j+2干涉对比度极值点对应的第j+2目标移相电压范围后，在所述第j+2目标移相电压范围内确定所述第j+2干涉对比度极值点相应的第j+2目标移相电压及相应第j+2目标移相时间，以此获取第三经典帧的第三目标移相电压至第N经典帧相应的第N目标移相电压和相应第三目标移相时间至第N目标移相时间，j为不大于N-2的正整数。
4.根据权利要求2或3所述的基于相位编码的QKD系统主动相位补偿方法，其特征在于，在步骤S2中，若判断第m干涉对比度极值点不处于干涉对比度阈值范围内时，舍弃第m帧信号，且自第m+1帧信号起采用所述步骤S2至步骤S4过程继续对量子帧进行实时主动相位补偿，m为不大于N的正整数。
5.根据权利要求3所述的基于相位编码的QKD系统主动相位补偿方法，其特征在于，在步骤S23中，若在第l目标移相电压范围内未能确定第l干涉对比度极值点，则舍弃第l帧信号，且自第l+1帧信号起采用所述步骤S21至步骤S4过程继续对量子帧进行实时主动相位补偿，l为大于2且不大于N的正整数。
6.根据权利要求2或3所述的基于相位编码的QKD系统主动相位补偿方法，其特征在于，获取任意一子经典帧的干涉对比度包括：
获取第一单光子探测器和第二单光子探测器在所述子经典帧的计数率；
计算所述第一单光子探测器和所述第二单光子探测器在所述子经典帧的计数率的比值为所述干涉对比度；
其中，所述接收端将所述光脉冲信号分解为第一光脉冲子信号和第二光脉冲子信号，所述移相器对所述第一光脉冲子信号进行相位调制后与第二光脉冲子信号相干合成，并传输至所述第一单光子探测器和/或所述第二单光子探测器。
7.根据权利要求6所述的基于相位编码的QKD系统主动相位补偿方法，其特征在于，在计算所述干涉对比度之前，还包括：
对获取的第一单光子探测器和第二单光子探测器在所述子经典帧的计数率进行校正，其中，所述第一单光子探测器和所述第二单光子探测器中任意一单光子探测器的计数率校正公式为：
Figure FDA0003750587130000041
其中，Cnt_D’为所述单光子探测器的校正后的计数率，Cnt_D为所述单光子探测器的计数率，T为统计所述单光子探测器的计数率的时间，td为所述单光子探测器的死时间，C为所述单光子探测器的暗计数的数值。
8.根据权利要求7所述的基于相位编码的QKD系统主动相位补偿方法，其特征在于，在所述暗计数的数据采用所述单光子探测器监测标定的参数时，C为所述单光子探测器监测标定暗计数的数值；
或者，在所述暗计数的数据使用所述QKD系统的数据后处理得到的真空态发送脉冲概率、接收脉冲概率估算方法时，C为：
Figure FDA0003750587130000042
其中，M0xx为发送真空态时的、基矢对比后的x基矢的所述接收端的脉冲个数，N0x为所述发送端发送真空态时的、发送x基矢的脉冲个数，f为QKD系统的频率。
9.根据权利要求2或3所述的基于相位编码的QKD系统主动相位补偿方法，其特征在于，对第k量子帧进行分段为多个第k子量子帧时，包括：
对第k量子帧进行等距分段为多个第k子量子帧，其中，根据所述移相器的器件速率确定等距分段的数量上限，及根据第k相位漂移速率确定等距分段数量的下限，所述第k相位漂移速率参考第k目标移相电压、第k-1目标移相电压、第k目标移相时间和第k-1目标移相时间计算。
10.一种基于相位编码的QKD系统主动相位补偿系统，其特征在于，包括：
监测模块，所述监测模块用于获取QKD系统的发送端输出的光脉冲信号，所述光脉冲信号包括第一帧信号至第N帧信号，且第i帧信号包括第i经典帧和第i量子帧，所述N为不小于2的整数，i为不大于N的正整数，其中，所述QKD系统的接收端通过移相器对所述光脉冲信号进行相位调制；及，获取每一所述经典帧中干涉对比度极值点相应的目标移相电压和目标移相时间；
以及，补偿模块，所述补偿模块用于以(第k-1目标移相时间，第k-1目标移相电压)和(第k目标移相时间，第k目标移相电压)为坐标得到第k线性关系曲线公式，k为大于1且不大于N的正整数；及，对第k量子帧进行分段为至少一个第k子量子帧，每一所述第k子量子帧对应有各自的第k量子时间，将所述第k量子时间代入所述第k线性关系曲线公式，计算每一所述第k子量子帧各自对应的第k调整电压，将所述第k调整电压传输至所述移相器，完成对所述第k量子帧的实时主动相位补偿；
其中，所述第k线性关系曲线公式为：
Figure FDA0003750587130000051
其中，t(k-1)为第k-1目标移相时间，Volt_(k-1)为第k-1目标移相电压，tk为第k目标移相时间，Volt_k为第k目标移相电压，y为纵坐标电压，x为横坐标时间。
11.一种基于相位编码的QKD系统，其特征在于，包括权利要求10所述的基于相位编码的QKD系统主动相位补偿系统。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103929300A (zh) * 2014-04-29 2014-07-16 华南师范大学 一种基于单向量子密钥分发系统主动相位补偿的攻击方法
WO2016093610A1 (ko) * 2014-12-09 2016-06-16 한국과학기술원 양자 암호 키 분배 방법, 장치 및 시스템

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2430124B (en) * 2005-09-09 2008-01-09 Toshiba Res Europ Ltd Quantum communication system

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103929300A (zh) * 2014-04-29 2014-07-16 华南师范大学 一种基于单向量子密钥分发系统主动相位补偿的攻击方法
WO2016093610A1 (ko) * 2014-12-09 2016-06-16 한국과학기술원 양자 암호 키 분배 방법, 장치 및 시스템

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
一种高效量子密钥分发系统主动相位补偿方法;王金东等;《物理学报》;20100115;第50卷(第01期);第281-286页 *
量子密钥传输系统的主动相位补偿;陈巍等;《科学通报》;20071015;第52卷(第19期);第2221-2225页 *

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