CN112929170B - 一种连续变量量子密钥分发系统的信号探测方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种连续变量量子密钥分发系统的信号探测方法及装置。该方法包括：将接收到的量子光分束为第一分束光和第二分束光；合束第一分束光和第二分束光，生成第一合束光；根据预设偏振值，校准第一合束光的偏振；将第一合束光分束为第一探测光和第二探测光；根据预设相位值，调制本振光的相位；将本振光分束为偏振正交的第三探测光和第四探测光；对第一探测光和第三探测光进行零差探测，以及对第二探测光和第四探测光进行零差探测，获取探测结果；根据探测结果，获取量子光的量子态。本申请由于引入的是本地本振光这一强光，所以即使传输过程过长导致参考光衰减，本地的本振光也可以补足，从而避免接收机的探测效率变低，进而提高系统的成码率。

Description

一种连续变量量子密钥分发系统的信号探测方法及装置

技术领域

本申请实施例涉及量子通信技术领域，特别涉及一种连续变量量子密钥分发系统的信号探测方法及装置。

背景技术

随着全球信息化发展，信息技术对信息安全性的要求日益增加，具备高安全性的量子通信也越来越受人们重视。在量子通信领域中，连续变量的量子密钥分发(ContinuousVariable Quantum Key Distribution，CV-QKD)技术是核心技术之一。

对于CV-QKD，相关技术中的接收机结构通常如图1所示。接收机接收的光信号中包括两类脉冲：一个为强脉冲即参考脉冲，另一个为弱脉冲即信号脉冲。其中，弱脉冲包含量子密钥分发过程中的编码信息，而强脉冲不包含编码信息。脉冲对沿光纤传输，在偏振分束器 (Polarization Beam Splitter，PBS)101处分束后干涉。干涉后脉冲对形成一个新的脉冲，该脉冲在被零差探测器102探测，最终接收机得到探测结果。在上述探测过程中，由于脉冲对中的强脉冲在传输过程中会随着路径而衰减。

在相关技术中，脉冲对中的强脉冲在传输过程中会随着路径而衰减，导致QKD系统的探测效率变低，而过低的探测效率会降低整体系统的成码率指标。

发明内容

本申请提供一种连续变量量子密钥分发系统的信号探测方法及装置，可用于解决在现有技术中强脉冲在传输过程中会随着路径而衰减，导致QKD系统的探测效率变低，而过低的探测效率会降低整体系统的成码率指标的问题。

一方面，本申请提供一种连续变量量子密钥分发系统的信号探测方法，所述方法包括：

将接收到的量子光分为第一分束光和第二分束光，所述量子光为包括参考脉冲和信号脉冲的光脉冲序列，每个所述参考脉冲至少对应一个所述信号脉冲，且所述量子光中的所述参考脉冲和所述信号脉冲的偏振一致；

合束所述第一分束光和所述第二分束光，生成第一合束光，所述第一合束光中的所述参考脉冲和所述信号脉冲的偏振正交，且所述第一合束光中的所述参考脉冲的强度大于所述信号脉冲的强度；

根据预设偏振值，校准所述第一合束光的偏振；

将所述第一合束光分束为第一探测光和第二探测光，所述第一探测光中的脉冲为所述参考脉冲，所述第二探测光中的脉冲为所述信号脉冲，且所述第一探测光和所述第二探测光中的脉冲偏振正交；

根据预设相位值，调制本振光的相位，所述本振光是与所述量子光时序一致的脉冲序列；

将所述本振光分束为偏振正交的第三探测光和第四探测光，所述第三探测光的偏振与所述第一探测光的偏振一致，所述第四探测光的偏振与所述第二探测光的偏振一致；

对所述第一探测光和所述第三探测光进行零差探测，以及对所述第二探测光和所述第四探测光进行零差探测，获取探测结果，所述探测结果包括信号脉冲探测结果和参考脉冲探测结果；

根据所述探测结果，获取所述量子光的量子态。

可选地，所述根据所述探测结果，获取所述量子光的偏振态，包括：

根据所述参考脉冲探测结果，修正所述信号脉冲探测结果；

根据所述修正后的信号脉冲探测结果，获取所述量子光的量子态。

可选地，所述根据预设偏振值，校准所述第一合束光的偏振之前，还包括：

根据随机数，随机调制所述本振光连续的N个脉冲的相位，所述N为大于预设阈值的正整数；

获取所述N个脉冲对应的所述信号脉冲探测结果和所述参考脉冲探测结果；

根据所述N个脉冲对应的所述信号脉冲探测结果和所述参考脉冲探测结果，获取预设偏振值。

可选地，所述根据预设相位值，调制所述本振光的相位之前，还包括：

调制所述本振光中两组脉冲对中各个脉冲的相位，任一组所述脉冲对中的两个脉冲之间的相位差为π/2，所述两组脉冲对之间的相位不同；

获取各组脉冲对中两个脉冲对应的所述信号脉冲探测结果的比值或所述参考脉冲探测结果的比值；

根据两组所述信号脉冲探测结果的比值或所述参考脉冲探测结果的比值，获取所述预设相位值。

可选地，所述方法还包括：

检测所述信号脉冲探测结果与第一预设强度值是否一致；

检测所述参考脉冲探测结果与第二预设强度值是否一致；

若所述信号脉冲探测结果与所述第一预设强度值不一致，和/或，所述参考脉冲探测结果与所述第二预设强度值不一致，则根据信号脉冲探测结果与所述第一预设强度值的差值，以及参考脉冲探测结果与所述第二预设强度值的差值，更新所述预设偏振值和所述预设相位值。

另一方面，本申请提供一种连续变量量子密钥分发系统的信号探测装置，所述装置包括：

分束器，用于将接收到的量子光分为第一分束光和第二分束光，所述量子光为包括参考脉冲和信号脉冲的光脉冲序列，每个所述参考脉冲至少对应一个所述信号脉冲，且所述量子光中的所述参考脉冲和所述信号脉冲的偏振一致；

第一偏振分束器，用于合束所述第一分束光和所述第二分束光，生成第一合束光，所述第一合束光中的所述参考脉冲和所述信号脉冲的偏振正交，且所述第一合束光中的所述参考脉冲的强度大于所述信号脉冲的强度；

电偏振控制器EPC，用于根据预设偏振值，校准所述第一合束光的偏振；

第二偏振分束器，用于将所述第一合束光分束为第一探测光和第二探测光，所述第一探测光中的脉冲为所述参考脉冲，所述第二探测光中的脉冲为所述信号脉冲，且所述第一探测光和所述第二探测光中的脉冲偏振正交；

相位调制器，用于根据预设相位值，调制本振光的相位，所述本振光是与所述量子光时序一致的脉冲序列；

第三偏振分束器，用于将所述本振光分束为偏振正交的第三探测光和第四探测光，所述第三探测光的偏振与所述第一探测光的偏振一致，所述第四探测光的偏振与所述第二探测光的偏振一致；

第一零差探测器，用于对所述第一探测光和所述第三探测光进行零差探测，获取参考脉冲探测结果；

第二零差探测器，用于对所述第二探测光和所述第四探测光进行零差探测，获取信号脉冲探测结果；

处理器，用于根据所述参考脉冲探测结果和所述信号脉冲探测结果，获取所述量子光的量子态。

再一方面，本申请提供一种连续变量量子密钥分发系统的接收机，所述接收机包括上述方面所述的信号探测装置，用于上述方面所述的信号探测方法。

在本申请中，引入了本振光，接收机将本振光的分束光分别与信号光和参考光进行零差探测以获取量子态。由于引入探测的是本地的本振光这一强光，所以即使传输过程过长导致参考光衰减，本地的本振光也可以补足，从而避免接收机的探测效率变低，进而提高系统的成码率。

附图说明

图1是现有技术中CV-QKD系统中接收机的结构示意图；

图2是本申请一个实施例提供的系统架构的示意图；

图3是本申请一个实施例提供的一种连续变量量子密钥分发系统的信号探测方法的流程图；

图4是本申请一个实施例提供的连续变量量子密钥分发系统的信号探测装置的示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。

本申请实施例描述的系统架构以及业务场景是为了更加清楚地说明本申请实施例的技术方案，并不构成对本申请实施例提供的技术方案的限定，本领域普通技术人员可知，随着系统架构的演变和新业务场景的出现，本申请实施例提供的技术方案对于类似的技术问题，同样适用。

下面首先结合图2对本申请实施例适用的系统架构和应用场景进行介绍。请参考图2，其示出了本申请实施例可能适用的一种系统架构的示意图。该系统架构包括在量子密钥分发 (Quantum Key Distribution，QKD)系统中的量子密钥接收机20和量子密钥发射机21。为方便表达，下文中将量子密钥接收机20和量子密钥发射机21分别表示为接收机20和发射机 21。在分发密钥时，发射机21将密钥信息编码到量子光的量子态上，再将信号光发送给接收机20。接收机20接收到信号光后，探测包含编码信息的量子光，以确定量子光的量子态，进而获取密钥信息。

请参考图3，其示出了本申请实施例提供的一种连续变量量子密钥分发系统的信号探测方法的流程示意图。该方法可应用于图2所示的接收机中。

步骤301，将接收到的量子光分为第一分束光和第二分束光。

接收机接收到发射机发射的量子光后，先对量子光进行分束，将量子光分为两束光：第一分束光和第二分束光。量子光是多个光脉冲构成的光脉冲序列。其中，光脉冲序列中包括两类脉冲：参考脉冲和信号脉冲。参考脉冲用于确定信号脉冲的时序位置，并且用于后续能和本振光进行干涉。信号脉冲是包含编码信息的光脉冲。每个参考脉冲至少对应一个信号脉冲。可选地，参考脉冲和信号脉冲之间时序交替且偏振一致。可选地，在量子光中，一个参考脉冲对应于多个信号脉冲。参考光由参考脉冲序列构成，信号光由信号脉冲序列构成。

接收机对量子光进行分束得到第一分束光和第二分束光。第一分束光和第二分束光中的脉冲均包括参考脉冲和信号脉冲。

可选地，接收机可以提供分光单元对量子光进行分束，例如分束器。

步骤302，合束第一分束光和第二分束光，生成第一合束光。

接收机得到第一分束光和第二分束光后，再通过偏振敏感器件合束第一分束光和第二分束光。接收机对第一分束光和第二分束光合束时，会改变其中参考脉冲和信号脉冲的偏振方向，使得参考脉冲和信号脉冲的偏振不再一致，而是偏振正交。因此，合束生成的第一合束光中，参考脉冲和信号脉冲的偏振正交。此外，通常参考脉冲的强度大于信号脉冲的强度。示例性地，信号脉冲的单位强度小于10，则参考脉冲的单位强度为10的八次方。

可选地，接收机可以采用偏振分束器对第一分束光和第二分束光进行合束。接收机将量子光分束为第一分束光和第二分束光，再合束为第一合束光，是为了将量子光中的参考光和信号光区分。接收机分束量子光时，无法准确地将参考光和信号光分为两束分束光。接收机分束得到的第一分束光和第二分束光的都混杂了参考光和信号光。接收机提供偏振分束器或其它偏振敏感器件在合束时，通过偏振的方向滤除第一分束光和第二分束光各自混杂的脉冲，使得合束后的第一分束光中参考光和信号光的偏振正交。

步骤303，根据预设偏振值，校准第一合束光的偏振。

在QKD系统中，量子光的偏振态包括线偏光的H光、V光、P光和N光。其中，H光和V光，对应0度和90度的偏振方向，P光和N光对应45度和135度的偏振方向。接收机的探测器中的PIN光探测用于探测H光和V光。对于P光和N光，可以分解为H光和V光进行探测。因此，对于第一合束光，虽然第一合束光中的参考脉冲和信号脉冲偏振正交，在传输过程中不同脉冲之间偏振的相对方向不会发生变化，但是第一合束光在传输中汇整体发生偏振上的旋转。为了便于探测，需要将第一合束光的偏振校准至H光和V光的基矢下。因此，接收机根据预设偏振值，校准第一合束光的偏振，补偿在传输过程中偏振方向的偏移。

可选地，接收机可以同过偏振调制器进行第一合束光的校准，例如电偏振调制器(EPC)。

步骤304，将第一合束光分束为第一探测光和第二探测光。

在校准完第一合束光的偏振后，接收机再次分光，将第一合束光分为第一探测光和第二探测光。第一探测光中的脉冲为参考脉冲，第二探测光中的脉冲为信号脉冲。第一探测光和第二探测光偏振正交，例如分别为H光和V光。

步骤305，根据预设相位值，调制本振光的相位。

本振光是接收机内置的光源输出的光脉冲序列。因为本振光在后续零差探测时需要与第一探测光和第二探测光干涉，因此需要本振光是与上述量子光时序一致的脉冲序列。此外，在零差探测时，需要保证本振光与量子光的相位差是一个的固定值，例如，0或π/2。因此，接收机需要根据预设相位值，调制本振光的相位，使得本振光与量子光的相位差符合需求。

步骤306，将本振光分束为偏振正交的第三探测光和第四探测光。

在调制完本振光的相位后，接收机对本振光进行分束，将本振光分为第三探测光与第四探测光。其中，第三探测光和第四探测光偏振正交，且第三探测光的偏振与第一探测光的偏振一致，第四探测光的偏振与第二探测光的偏振一致。第三探测光是用于后续与第一探测光进行零差探测的，而第一探测中的脉冲为参考脉冲，因此接收机在进行分束本振光时，控制第三探测光中脉冲的强度与参考脉冲一致。第四探测光是用于后续与第二探测光进行零差探测的，而第二探测中的脉冲为信号脉冲，因此接收机在进行分束本振光时，控制第四探测光中脉冲的强度与信号脉冲一致。

步骤307，对第一探测光和第三探测光进行零差探测，以及对第二探测光和第四探测光进行零差探测，获取探测结果。

对第一探测光和第三探测光进行零差探测时，接收机将第一探测光和第三探测光进行干涉，再进行探测。对第二探测光和第四探测光进行零差探测时，接收机将第二探测光和第四探测光进行干涉，再进行探测。接收机获取的探测结果包括信号脉冲探测结果和参考脉冲探测结果。接收机对第一探测光和第三探测光进行零差探测获取到的零差探测的结果为参考脉冲探测结果。接收机对第二探测光和第四探测光进行零差探测获取到的零差探测的结果为信号脉冲探测结果。零差探测是本领域的现有技术手段，在本申请实施例中不再进行赘述。无论是针对第一探测光中的参考脉冲的探测，还是针对第二探测光中的信号脉冲的探测，探测结果都包括多个采样的强度值，每个强度值对应一个脉冲。该强度值可以是光强度值，也可以是电强度值，本申请实施例不做具体限定。因此，信号脉冲探测结果中包括多个信号脉冲采样的强度值，参考脉冲探测结果中包括多个参考脉冲采样的强度值。

步骤308，根据探测结果，获取量子光的量子态。

接收机获取到上述探测结果后，根据探测结果中信号脉冲采样的强度值、参考脉冲采样的强度值计算量子光的量子态。在本领域的现有技术中，对量子光和本振光进行零差探测前接收机不对参考光和信号光进行分束，因此得到的探测结果中信号脉冲采样的强度值和参考脉冲采样的强度值混合在一起。本申请实施例中，直接获取到分开的信号脉冲采样的强度值、参考脉冲采样的强度值，接收将获取的探测结果用于处理计算量子光的量子态，并将该量子态用于成码。

可选地，接收机根据参考脉冲探测结果，修正信号脉冲探测结果，并根据修正后的信号脉冲探测结果，计算获取量子光的量子态。

可选地，上述步骤303中，接收机校准第一合束光的偏振所需的预设偏移值由接收机在校准前预先确定。该获取预设偏振值的过程可以在接收机与发射机分发密钥的过程中进行，在该过程中的探测结果不用于获取量子态及成码。在该过程中，接收机根据随机数，随机调制本振光中连续的N个脉冲的相位。随机调制的范围在0到2π。其中，N为大于预设阈值的正整数，该预设阈值可以由本领域技术人员根据实际情况设定，例如N为100。相应地，接收机获取上述N个脉冲对应的信号脉冲探测结果和参考脉冲探测结果，并根据N个脉冲对应的信号脉冲探测结果和参考脉冲探测结果，获取预设偏振值。预设偏振值是指示接收机调整第一合束光偏振的具体数值。由于偏振调整的目标确定，因此确定调整前第一合束光的偏振即可。接收机探测的结果符合如下关系式

其中，data表示探测结果中采样的强度值，Δω表示量子光与本振光之间的频率差，

表示本振光中脉冲被调制的相位，

表示第一合束光在传输过程中的偏移值，t表示传输时间。由于接收机随机地调制了连续的N个脉冲的相位，导致本振光在短时间内发生了连续的、剧烈的以及无规律的变换。因此，对于上述关系式，N个脉冲对应的探测结果可以忽略量子光与本振光之间的频率差带来的影响。在忽略频率差后，探测结果中的强度值受到本振光中脉冲被调制的相位以及上述偏移值的影响。本振光中脉冲被调制的相位是接收机调制的，是已知数据，而data表示的采样的强度值即上述零差探测的结果也被接收机获取。因此，接收机可以根据N个脉冲对应的信号脉冲探测结果和参考脉冲探测结果，确定第一合束光在传输过程中的偏移值，进而获取预设偏移值。例如，接收机确定第一合束光在传输过程中的偏移了 +45度，则预设偏移值为-45度。

可选地，在上述步骤305中，接收机调制本振光相位所需的预设相位值由接收机在调制前预先确定。该确定预设相位值的过程可以在接收机与发射机分发密钥的过程中进行，在该过程中的探测结果不用于获取量子态及成码。在该过程中，接收机调制本振光中的两组脉冲对的相位，使得任一组脉冲对中的两个脉冲之间的相位差为π/2，且两组脉冲对之间的相位也不同。示例性地，接收机调制本振光中的两组脉冲对分别为脉冲对A和脉冲对B，脉冲对 A中的脉冲A1和脉冲A2相位分别为0和π/2，脉冲对B中的脉冲B1和脉冲B2相位分别为π和3π/2。调制脉冲对的相位后，接收机获取各组脉冲对中两个脉冲各自对应的信号脉冲探测结果的比值或参考脉冲探测结果的比值。对于一个脉冲对，其中的脉冲各自对应信号脉冲探测结果的比值或参考脉冲探测结果的比值符合如下关系式

其中Δω表示量子光与本振光之间的频率差，t表示传输时间，

表示本振光与量子光之间的相位差，I1/I2表示信号脉冲探测结果的比值或参考脉冲探测结果的比值。其中，量子光与本振光之间的频率差，以及本振光与量子光之间的相位差都是未知数值。因此，接收机调制了两组脉冲对，两组脉冲对的相位差为

则一组脉冲对符合上述关系式，另一组脉冲对符合如下关系式

其中，Δt表示两个脉冲在时序上的差值，I3/I4表示信号脉冲探测结果的比值或参考脉冲探测结果的比值。在上述两个关系式中，量子光与本振光之间的频率差，以及本振光与量子光之间的相位差都是未知数值。对上述两个关系式进行数学式的变换，两式相比，可以消去量子光与本振光之间的频率差，得到本振光与量子光之间的相位差关于传输时间t的关系式。接收机可以根据该关系式和传输时间t确定本振光与量子光之间的相位差，进而确定调制本振光相位所需的预设相位值。示例性地，接收机确定本振光与量子光之间的相位差为π/2，而接收机需要保证本振光与量子光的相位差是0，则预设相位值为-π/2。

可选地，接收机在执行上述步骤307或步骤308时，接收机需要检测第一合束光的校准是否准确，以及本振光的相位是否调制准确。对此，接收机检测信号脉冲探测结果与第一预设强度值是否一致，以及检测参考脉冲探测结果与第二预设强度值是否一致。第一预设强度是根据第一合束光的偏振以及本振光的相位均在理想情况下预先计算出的信号脉冲的探测强度。第二预设强度是根据第一合束光的偏振以及本振光的相位均在理想情况下预先计算出的参考脉冲的探测强度。若信号脉冲探测结果与第一预设强度值不一致，和/或，参考脉冲探测结果与第二预设强度值不一致，则接收机根据信号脉冲探测结果与第一预设强度值的差值，以及参考脉冲探测结果与第二预设强度值的差值，更新预设偏振值和预设相位值。接收机根据上述差值，计算出实际传输中第一合束光的偏振以及本振光的相位，进而得到第一合束光的偏振以及本振光的相位与理想情况下的差值，从而确定并更新预设偏振值和预设相位值。可选地，接收机在确定信号脉冲探测结果与第一预设强度值不一致，和/或，参考脉冲探测结果与第二预设强度值不一致时，也可以不根据差值更新预设偏振值和预设相位值，而是按照上述方法中提及的方式重新获取预设偏振值和预设相位值。

在本申请实施例提供的方法中，引入了本振光，接收机将本振光的分束光分别与信号光和参考光进行零差探测以获取量子态。由于引入探测的是本地的本振光这一强光，所以即使传输过程过长导致参考光衰减，本地的本振光也可以补足，从而避免接收机的探测效率变低，进而提高系统的成码率。

此外，在本申请实施例中，接收机将信号光和参考光分束为不同的偏振光进行探测。首先，如果接收机将信号光和参考光混合探测，则必须保证两个进行零差探测的探测器的探测效率一致。其次，信号光和参考光混合还导致探测器的探测频率必须是发射机发光频率的两倍。再次，由于参考光和信号光的强度差异较大，导致探测器的动态探测范围较大，当进行密钥的高速分发时，难以实现动态探测范围较大的探测器。因此，本申请实施例中将信号光和探测光分开探测，大大降低了对接收机中探测器的性能要求。

请参考图4，其示出了本申请实施例提供的一种连续变量量子密钥分发系统的信号探测装置的示意图。该装置置于QKD系统的接收机中，可用于实现上述方法实施例提供的方法。该装置包括分束器401、第一偏振分束器402、EPC 403、第二偏振分束器404、第三偏振分束器405、本振光源406、相位调制器407、第一零差探测器408、第二零差探测器409和处理器410。

分束器401是一进两出的分束器，即将一束输入光分成两束光输出的光学器件。分束器 401的输入端与传输量子光的光纤连接。分束器401，用于将接收到的量子光分为第一合束光和第二合束光，所述量子光为包括参考脉冲和信号脉冲的光脉冲序列，每个所述参考脉冲至少对应一个所述信号脉冲，且所述量子光中的所述参考脉冲和所述信号脉冲的偏振一致。参考光为参考脉冲序列，信号光为信号脉冲序列。

第一偏振分束器402，是两进一出的分束器，即将输入的两束光合束成为一束光输出。因此，第一偏振分束器402也可以称为偏振合束器。第一偏振分束器402的输入端包括反射输入端和透射输入端。反射输入端是输入光与输出光为反射关系的输入端口。从反射输入端输入分束器的光经过反射输出。透射输入端是输入光与输出光为透射关系的输入端口。从透射输入端输入分束器的光经过透射输出。上述分束器401的反射输出端与第一偏振分束器402 的反射输入端连接。反射输出端是指输出光与输入光为反射关系的输出端；上述分束器401 的透射输出端与第一偏振分束器402的透射输入端连接。透射输出端是输出光与输入光为透射关系的输出端口。

第一偏振分束器402，用于合束所述第一分束光和所述第二分束光，生成第一合束光，所述第一合束光中的所述参考脉冲和所述信号脉冲的偏振正交，且所述第一合束光中的所述参考脉冲的强度大于所述信号脉冲的强度。

EPC 403的输入端连接与第一偏振分束器402的输出端。EPC 403是用于调制光束偏振方向的偏振调制器。EPC 403用于根据预设偏振值，校准所述第一合束光的偏振。

第二偏振分束器404的输入端与EPC 403 的输出端连接。第二偏振分束器404是一进两出的偏振分束器。第二偏振分束器404的透射输出端与第一零差探测器408的第一输入端连接。第二偏振分束器404的反射输出端与第二零差探测器409的第一输入端连接。第二偏振分束器404，用于将所述第一合束光分束为第一探测光和第二探测光，所述第一探测光中的脉冲为所述参考脉冲，所述第二探测光中的脉冲为所述信号脉冲，且所述第一探测光和所述第二探测光中的脉冲偏振正交。

本振光源406是输出本振光的本地光源。本振光源406的输出端与相位调制器407的输入端连接。

相位调制器407的输出端与第三偏振分束器405的输入端连接。相位调制器407，用于根据预设相位值，调制本振光的相位，所述本振光是与所述量子光时序一致的脉冲序列。

第三偏振分束器405是一进两出的偏振分束器。第三偏振分束器405的透射输出端与第一零差探测器408的第二输入端连接。第三偏振分束器405的反射输出端与第二零差探测器 409的第二输入端连接。第三偏振分束器405，用于将所述本振光分束为偏振正交的第三探测光和第四探测光，所述第三探测光的偏振与所述第一探测光的偏振一致，所述第四探测光的偏振与所述第二探测光的偏振一致。

第一零差探测器408，用于对所述第一探测光和所述第三探测光进行零差探测，获取参考脉冲探测结果。

第二零差探测器409，用于对所述第二探测光和所述第四探测光进行零差探测，获取信号脉冲探测结果。

处理器410，用于根据所述参考脉冲探测结果和所述信号脉冲探测结果，获取所述量子光的量子态。

可选地，所述处理器410，用于：

根据所述参考脉冲探测结果，修正所述信号脉冲探测结果；根据所述修正后的信号脉冲探测结果，获取所述量子光的量子态。

可选地，所述相位调制器407，还用于根据随机数，随机调制所述本振光连续的N个脉冲的相位，所述N为大于预设阈值的正整数；

所述处理器410，还用于：

获取所述N个脉冲对应的所述信号脉冲探测结果和所述参考脉冲探测结果；根据所述N 个脉冲对应的所述信号脉冲探测结果和所述参考脉冲探测结果，获取预设偏振值。

可选地，所述相位调制器407，还用于调制所述本振光中两组脉冲对中各个脉冲的相位，任一组所述脉冲对中的两个脉冲之间的相位差为π/2，所述两组脉冲对之间的相位不同；

所述处理器410，还用于：

获取各组脉冲对中两个脉冲对应的所述信号脉冲探测结果的比值或所述参考脉冲探测结果的比值；根据两组所述信号脉冲探测结果的比值或所述参考脉冲探测结果的比值，获取所述预设相位值。

可选地，所述处理器410，还用于：

检测所述信号脉冲探测结果与第一预设强度值是否一致；

检测所述参考脉冲探测结果与第二预设强度值是否一致；

若所述信号脉冲探测结果与所述第一预设强度值不一致，和/或，所述参考脉冲探测结果与所述第二预设强度值不一致，则根据信号脉冲探测结果与所述第一预设强度值的差值，以及参考脉冲探测结果与所述第二预设强度值的差值，更新所述预设偏振值和所述预设相位值。

在本身申请实施例提供的装置中，引入了本振光源，接收机将本振光的分束光分别与信号光和参考光进行零差探测以获取量子态。由于引入探测的是本地的本振光这一强光，所以即使传输过程过长导致参考光衰减，本地的本振光也可以补足，从而避免接收机的探测效率变低，进而提高系统的成码率。

此外，在本申请实施例中，将信号光和参考光分束为不同的偏振光进行探测。首先，如果接收机将信号光和参考光混合探测，则必须保证两个进行零差探测的探测器的探测效率一致。其次，信号光和参考光混合还导致探测器的探测频率必须是发射机发光频率的两倍。再次，由于参考光和信号光的强度差异较大，导致探测器的动态探测范围较大，当进行密钥的高速分发时，难以实现动态探测范围较大的探测器。因此，本申请实施例中将信号光和探测光分开探测，大大降低了对探测器的性能要求。

本领域技术人员应该可以意识到，在上述一个或多个示例中，本申请实施例所描述的功能可以用硬件、软件、固件或它们的任意组合来实现。当使用软件实现时，可以将这些功能存储在计算机可读介质中或者作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是通用或专用计算机能够存取的任何可用介质。

以上所述的具体实施方式，对本申请实施例的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本申请实施例的具体实施方式而已，并不用于限定本申请实施例的保护范围，凡在本申请实施例的技术方案的基础之上，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本申请实施例的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种连续变量量子密钥分发系统的信号探测方法，其特征在于，所述方法包括：

将接收到的量子光分为第一分束光和第二分束光，所述量子光为包括参考脉冲和信号脉冲的光脉冲序列，每个所述参考脉冲至少对应一个所述信号脉冲，且所述量子光中的所述参考脉冲和所述信号脉冲的偏振一致；

合束所述第一分束光和所述第二分束光，生成第一合束光，所述第一合束光中的所述参考脉冲和所述信号脉冲的偏振正交，且所述第一合束光中的所述参考脉冲的强度大于所述信号脉冲的强度；

根据预设偏振值，校准所述第一合束光的偏振；

将所述第一合束光分束为第一探测光和第二探测光，所述第一探测光中的脉冲为所述参考脉冲，所述第二探测光中的脉冲为所述信号脉冲，且所述第一探测光和所述第二探测光中的脉冲偏振正交；

根据预设相位值，调制本振光的相位，所述本振光是与所述量子光时序一致的脉冲序列；

将所述本振光分束为偏振正交的第三探测光和第四探测光，所述第三探测光的偏振与所述第一探测光的偏振一致，所述第四探测光的偏振与所述第二探测光的偏振一致；

对所述第一探测光和所述第三探测光进行零差探测，以及对所述第二探测光和所述第四探测光进行零差探测，获取探测结果，所述探测结果包括信号脉冲探测结果和参考脉冲探测结果；

根据所述探测结果，获取所述量子光的量子态。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据探测结果，获取所述量子光的量子态，包括：

根据所述参考脉冲探测结果，修正所述信号脉冲探测结果；

根据所述修正后的信号脉冲探测结果，获取所述量子光的量子态。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据预设偏振值，校准所述第一合束光的偏振之前，还包括：

根据随机数，随机调制所述本振光连续的N个脉冲的相位，所述N为大于预设阈值的正整数；

获取所述N个脉冲对应的所述信号脉冲探测结果和所述参考脉冲探测结果；

根据所述N个脉冲对应的所述信号脉冲探测结果和所述参考脉冲探测结果，获取预设偏振值。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据预设相位值，调制所述本振光的相位之前，还包括：

调制所述本振光中两组脉冲对中各个脉冲的相位，任一组所述脉冲对中的两个脉冲之间的相位差为π/2，所述两组脉冲对之间的相位不同；

获取各组脉冲对中两个脉冲对应的所述信号脉冲探测结果的比值或所述参考脉冲探测结果的比值；

根据两组所述信号脉冲探测结果的比值或所述参考脉冲探测结果的比值，获取所述预设相位值。

5.根据权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

检测所述信号脉冲探测结果与第一预设强度值是否一致；

检测所述参考脉冲探测结果与第二预设强度值是否一致；

若所述信号脉冲探测结果与所述第一预设强度值不一致，和/或，所述参考脉冲探测结果与所述第二预设强度值不一致，则根据信号脉冲探测结果与所述第一预设强度值的差值，以及参考脉冲探测结果与所述第二预设强度值的差值，更新所述预设偏振值和所述预设相位值。

6.一种连续变量量子密钥分发系统的信号探测装置，其特征在于，所述装置包括：

分束器，用于将接收到的量子光分为第一分束光和第二分束光，所述量子光为包括参考脉冲和信号脉冲的光脉冲序列，每个所述参考脉冲至少对应一个所述信号脉冲，且所述量子光中的所述参考脉冲和所述信号脉冲的偏振一致；

第一偏振分束器，用于合束所述第一分束光和所述第二分束光，生成第一合束光，所述第一合束光中的所述参考脉冲和所述信号脉冲的偏振正交，且所述第一合束光中的所述参考脉冲的强度大于所述信号脉冲的强度；

电偏振控制器EPC，用于根据预设偏振值，校准所述第一合束光的偏振；

第二偏振分束器，用于将所述第一合束光分束为第一探测光和第二探测光，所述第一探测光中的脉冲为所述参考脉冲，所述第二探测光中的脉冲为所述信号脉冲，且所述第一探测光和所述第二探测光中的脉冲偏振正交；

相位调制器，用于根据预设相位值，调制本振光的相位，所述本振光是与所述量子光时序一致的脉冲序列；

第三偏振分束器，用于将所述本振光分束为偏振正交的第三探测光和第四探测光，所述第三探测光的偏振与所述第一探测光的偏振一致，所述第四探测光的偏振与所述第二探测光的偏振一致；

第一零差探测器，用于对所述第一探测光和所述第三探测光进行零差探测，获取参考脉冲探测结果；

第二零差探测器，用于对所述第二探测光和所述第四探测光进行零差探测，获取信号脉冲探测结果；

处理器，用于根据所述参考脉冲探测结果和所述信号脉冲探测结果，获取所述量子光的量子态。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述处理器，用于：

根据所述参考脉冲探测结果，修正所述信号脉冲探测结果；

根据所述修正后的信号脉冲探测结果，获取所述量子光的量子态。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，

所述相位调制器，还用于根据随机数，随机调制所述本振光连续的N个脉冲的相位，所述N为大于预设阈值的正整数；

所述处理器，还用于：

获取所述N个脉冲对应的所述信号脉冲探测结果和所述参考脉冲探测结果；

根据所述N个脉冲对应的所述信号脉冲探测结果和所述参考脉冲探测结果，获取预设偏振值。

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，

所述相位调制器，还用于调制所述本振光中两组脉冲对中各个脉冲的相位，任一组所述脉冲对中的两个脉冲之间的相位差为π/2，所述两组脉冲对之间的相位不同；

所述处理器，还用于：

获取各组脉冲对中两个脉冲对应的所述信号脉冲探测结果的比值或所述参考脉冲探测结果的比值；

根据两组所述信号脉冲探测结果的比值或所述参考脉冲探测结果的比值，获取所述预设相位值。

10.根据权利要求6至9任一项所述的装置，其特征在于，所述处理器，还用于：

检测所述信号脉冲探测结果与第一预设强度值是否一致；

检测所述参考脉冲探测结果与第二预设强度值是否一致；

若所述信号脉冲探测结果与所述第一预设强度值不一致，和/或，所述参考脉冲探测结果与所述第二预设强度值不一致，则根据信号脉冲探测结果与所述第一预设强度值的差值，以及参考脉冲探测结果与所述第二预设强度值的差值，更新所述预设偏振值和所述预设相位值。

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