CN112804055A - 连续变量量子密钥分发系统中的动态偏振控制方法、系统及介质 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种连续变量量子密钥分发系统中的动态偏振控制方法、系统及介质,包括:步骤1:通过时间和偏振复用方式实现量子信号与本振信号的同步传输;步骤2:通过动态偏振控制将量子信号与本振信号进行偏振解复用。本发明可以在信道衰落的情况下实现偏振解复用,可用于精确实现衰弱信道传输的连续变量量子密钥分发偏振解复用,从而使得后续相干探测能够得以实现,保证衰弱信道连续变量量子密钥分发的有效运行。

Description

连续变量量子密钥分发系统中的动态偏振控制方法、系统及 介质
技术领域
本发明涉及量子密钥分发技术领域,具体地,涉及一种连续变量量子密钥分发系统中的动态偏振控制方法、系统及介质。尤其地,涉及一种连续变量量子密钥分发系统中针对衰弱信道传输的动态偏振控制方法。
背景技术
随着信息时代的来临,通信技术的不断发展为信息传递提供了快捷渠道,而人们对信息在传输过程中的安全性也越来越重视。随着量子计算机的提出和发展,经典密码学所依赖的计算安全性将面临巨大挑战。而基于量子力学基本原理的量子密钥分发方案具备理论上的无条件安全性,能够从物理层面上保障通信的安全性。连续变量量子密钥分发是量子密钥分发方案的一种,其基于相干态正交分量测不准原理。由于连续变量量子密钥分发采用相干检测,其同现有光纤通信系统具有良好的兼容性,且在衰弱信道传输中具有内在抗背景噪声特性,从而成为了极具竞争力的商用密钥分发实现方案。然而,在衰弱信道连续变量量子密钥分发系统中,由于信道对信号的随机衰减,即衰落,对其进行偏振解复用成为了一项难题。
为了解决这一问题,我们提出一种衰弱信道连续变量量子密钥分发系统中的动态偏振控制方案,从而能够进行偏振解复用。该方案可在衰落信道下实现有效的偏振解复用,能够广泛地应用在衰弱信道连续变量量子密钥分发系统中。
专利文献CN102916807A(申请号:CN201210389008.2)公开了一种连续变量量子密钥分发系统的偏振补偿实现方法,具体为:发送端采用偏振复用的方式将信号光与本振光通过一根光纤进行传输,接收端通过偏振分束器将信号光与本振光分离,其中的偏振反馈控制方法分为两个阶段:在分光检测阶段,连续变量量子密钥分发的接收端分出一部分本振光,并通过转换电路将其转换为直流反馈电压信号;在偏振校正阶段,接收端根据直流反馈电压,用反馈算法控制动态偏振控制器,完成偏振校正。
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连续变量量子密钥分发系统中的动态偏振控制方法、系统及介质。
根据本发明提供的连续变量量子密钥分发系统中的动态偏振控制方法,包括:
步骤1:通过时间和偏振复用方式实现量子信号与本振信号的同步传输;
步骤2:通过动态偏振控制将量子信号与本振信号进行偏振解复用。
优选的,所述步骤1包括:
步骤1.1:采用强度调制器对激光器发出的连续激光进行斩波,将连续激光转化为光脉冲序列;
步骤1.2:对光脉冲序列进行调制,加载所需传输的信息到量子信号上,并进行延时;
步骤1.3:将量子信号与本振信号通过偏振复用方式进行合并,并通过衰弱信道传输到接收端。
优选的,所述步骤2包括:
步骤2.1:通过分束器对量子信号与本振信号进行分束,对一部分光进行直接探测,得到第一直接探测结果,将另一部分光输入偏振分束器进行偏振解复用,分离本振光与量子信号光;
步骤2.2:对偏振分束器输出的其中一路进行分束,对一部分光进行直接探测,得到第二直接探测结果,将另一部分光输入相干探测器与量子信号一起进行相干探测;
步骤2.3:将第二直接探测结果为除数,第一探测结果为被除数进行相除,结果作为偏振控制器的反馈信号;
步骤2.4:通过最优化算法搜寻反馈信号最优值,完成解偏振复用。
优选的,所述最优化算法包括粒子群算法和遗传算法,在除法结果最大即反馈值最大时,为最优结果。
根据本发明提供的连续变量量子密钥分发系统中的动态偏振控制系统,包括:
模块M1:通过时间和偏振复用方式实现量子信号与本振信号的同步传输;
模块M2:通过动态偏振控制将量子信号与本振信号进行偏振解复用。
优选的,所述模块M1包括:
模块M1.1:采用强度调制器对激光器发出的连续激光进行斩波,将连续激光转化为光脉冲序列;
模块M1.2:对光脉冲序列进行调制,加载所需传输的信息到量子信号上,并进行延时;
模块M1.3:将量子信号与本振信号通过偏振复用方式进行合并,并通过衰弱信道传输到接收端。
优选的,所述模块M2包括:
模块M2.1:通过分束器对量子信号与本振信号进行分束,对一部分光进行直接探测,得到第一直接探测结果,将另一部分光输入偏振分束器进行偏振解复用,分离本振光与量子信号光;
模块M2.2:对偏振分束器输出的其中一路进行分束,对一部分光进行直接探测,得到第二直接探测结果,将另一部分光输入相干探测器与量子信号一起进行相干探测;
模块M2.3:将第二直接探测结果为除数,第一探测结果为被除数进行相除,结果作为偏振控制器的反馈信号;
模块M2.4:通过最优化算法搜寻反馈信号最优值,完成解偏振复用。
优选的,所述最优化算法包括粒子群算法和遗传算法,在除法结果最大即反馈值最大时,为最优结果。
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,所述计算机程序被处理器执行时实现上述的方法的步骤。
与现有技术相比,本发明具有如下的有益效果:本发明可以在信道衰落的情况下实现偏振解复用,可用于精确实现衰弱信道传输的连续变量量子密钥分发偏振解复用,从而使得后续相干探测能够得以实现,保证衰弱信道连续变量量子密钥分发的有效运行。
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为信号传输结构图。
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。
实施例:
本发明提供一种提供的连续变量量子密钥分发系统中针对衰弱信道传输的动态偏振控制方案,首先传输量子信号与本振脉冲序列,量子信号传输结构如图1所示,在发送端,首先将连续激光器发出的激光输入到强度调制器中完成斩波,产生光脉冲序列。随后将脉冲序列分束,对其中一路进行调制并延时产生量子信号。通过偏振复用的方式同传本振和量子信号,并通过衰弱信道发送到接收端。
接收端接收到信号后,通过偏振控制器对偏振进行调整。经过偏振调整的光被分为两路,其中一路进行直接探测,另一路送入偏振分束器进行偏振解复用。对偏振分束器的一端输出进行分束,将一部分光进行直接探测,另一部分光用于后续相干探测。两个直接探测结果进行除法操作后作为反馈信号提供给偏振控制器。搜寻反馈信号最优值即可有效地完成偏振解复用。
解复用的量子信号与本振信号可以进行进一步的相干探测,从而提取密钥信息。
具体操作步骤如下:
步骤1:通过时间和偏振复用方式实现量子信号与本振信号的同步传输;
步骤2:通过动态偏振控制将量子信号与本振信号进行偏振解复用。
所述步骤1包括:采用强度调制器对激光器发出的连续激光进行斩波,将连续激光转化为光脉冲序列;对光脉冲序列进行调制,加载所需传输的信息到量子信号上,并进行延时;将量子信号与本振信号通过偏振复用方式进行合并,并通过衰弱信道传输到接收端。
所述步骤2包括:通过分束器对量子信号与本振信号进行分束,对一部分光进行直接探测,得到第一直接探测结果,将另一部分光输入偏振分束器进行偏振解复用,分离本振光与量子信号光;对偏振分束器输出的其中一路进行分束,对一部分光进行直接探测,得到第二直接探测结果,将另一部分光输入相干探测器与量子信号一起进行相干探测;将两个直接探测的结果进行相除(第二直接探测结果为除数,第一探测结果为被除数),结果作为偏振控制器的反馈信号;通过最优化算法(如粒子群算法、遗传算法等)搜寻反馈信号最优值(使得除法结果也即反馈值最大的时候,为最优结果),完成解偏振复用。
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 (9)

1.一种连续变量量子密钥分发系统中的动态偏振控制方法,其特征在于,包括:
步骤1:通过时间和偏振复用方式实现量子信号与本振信号的同步传输;
步骤2:通过动态偏振控制将量子信号与本振信号进行偏振解复用。
2.根据权利要求1所述的连续变量量子密钥分发系统中的动态偏振控制方法,其特征在于,所述步骤1包括:
步骤1.1:采用强度调制器对激光器发出的连续激光进行斩波,将连续激光转化为光脉冲序列;
步骤1.2:对光脉冲序列进行调制,加载所需传输的信息到量子信号上,并进行延时;
步骤1.3:将量子信号与本振信号通过偏振复用方式进行合并,并通过衰弱信道传输到接收端。
3.根据权利要求1所述的连续变量量子密钥分发系统中的动态偏振控制方法,其特征在于,所述步骤2包括:
步骤2.1:通过分束器对量子信号与本振信号进行分束,对一部分光进行直接探测,得到第一直接探测结果,将另一部分光输入偏振分束器进行偏振解复用,分离本振光与量子信号光;
步骤2.2:对偏振分束器输出的其中一路进行分束,对一部分光进行直接探测,得到第二直接探测结果,将另一部分光输入相干探测器与量子信号一起进行相干探测;
步骤2.3:将第二直接探测结果为除数,第一探测结果为被除数进行相除,结果作为偏振控制器的反馈信号;
步骤2.4:通过最优化算法搜寻反馈信号最优值,完成解偏振复用。
4.根据权利要求3所述的连续变量量子密钥分发系统中的动态偏振控制方法,其特征在于,所述最优化算法包括粒子群算法和遗传算法,在除法结果最大即反馈值最大时,为最优结果。
5.一种连续变量量子密钥分发系统中的动态偏振控制系统,其特征在于,包括:
模块M1:通过时间和偏振复用方式实现量子信号与本振信号的同步传输;
模块M2:通过动态偏振控制将量子信号与本振信号进行偏振解复用。
6.根据权利要求5所述的连续变量量子密钥分发系统中的动态偏振控制系统,其特征在于,所述模块M1包括:
模块M1.1:采用强度调制器对激光器发出的连续激光进行斩波,将连续激光转化为光脉冲序列;
模块M1.2:对光脉冲序列进行调制,加载所需传输的信息到量子信号上,并进行延时;
模块M1.3:将量子信号与本振信号通过偏振复用方式进行合并,并通过衰弱信道传输到接收端。
7.根据权利要求5所述的连续变量量子密钥分发系统中的动态偏振控制系统,其特征在于,所述模块M2包括:
模块M2.1:通过分束器对量子信号与本振信号进行分束,对一部分光进行直接探测,得到第一直接探测结果,将另一部分光输入偏振分束器进行偏振解复用,分离本振光与量子信号光;
模块M2.2:对偏振分束器输出的其中一路进行分束,对一部分光进行直接探测,得到第二直接探测结果,将另一部分光输入相干探测器与量子信号一起进行相干探测;
模块M2.3:将第二直接探测结果为除数,第一探测结果为被除数进行相除,结果作为偏振控制器的反馈信号;
模块M2.4:通过最优化算法搜寻反馈信号最优值,完成解偏振复用。
8.根据权利要求7所述的连续变量量子密钥分发系统中的动态偏振控制系统,其特征在于,所述最优化算法包括粒子群算法和遗传算法,在除法结果最大即反馈值最大时,为最优结果。
9.一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4中任一项所述的方法的步骤。
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