CN114915406A - 一种连续变量量子密钥分发系统的信号处理方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种连续变量量子密钥分发系统的信号处理方法及装置。该方法包括：将量子光分束为第一分束光和第二分束光；合束生成第一合束光，合束的第一分束光和第二分束光偏振正交，且相位差固定；调制第一组连续脉冲和第二组连续脉冲的偏振，并随机调制其对应的本振光中脉冲的相位；根据第一组和第二组连续脉冲各自对应的探测数据，确定第一合束光的初始偏振态；根据初始偏振态、探测数据、本振光光强、第一分束光和第二分束光的相位差、本振光中脉冲的相位以及光程相位差，确定对应的量子光的量子态。本申请由于引入了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处理方法及装置

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处理方法及装置。

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，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处理方法及装置，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处理方法，所述方法包括：

将接收到的量子光分束为第一分束光和第二分束光，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；

合束所述第一分束光和所述第二分束光，生成第一合束光，所述第一合束光中包括的所述第一分束光和所述第二分束光对应的脉冲偏振正交，且相位差固定；

调制所述第一合束光中的第一组连续脉冲的偏振，所述第一组连续脉冲偏振调制的相差为0度；

随机调制所述第一组连续脉冲对应的本振光中脉冲的相位，所述本振光是与所述量子光时序一致的脉冲序列，所述第一组连续脉冲中的每个脉冲对应所述本振光中的一个脉冲，所述本振光中脉冲的相位的范围是0至2π；

调制所述第一合束光中的第二组连续脉冲的偏振，所述第二组连续脉冲偏振调制的相差为90度；

随机调制所述第二组连续脉冲对应的本振光中脉冲的相位，所述第二组连续脉冲中的每个脉冲对应所述本振光中的一个脉冲，所述本振光中脉冲的相位的范围是0至2π；

获取所述第一组连续脉冲和所述第二组连续脉冲各自对应的探测数据，所述探测数据包括第一强度值和第二强度值，所述第一强度值和所述第二强度值是所述第一合束光的分束光和所述本振光的分束光分别进行零差探测的探测结果；

根据所述探测数据，确定所述第一合束光的初始偏振态，所述初始偏振态用于指示所述第一合束光在偏振调制之前的偏振；

根据所述初始偏振态、所述探测数据、所述本振光的光强、所述第一分束光和所述第二分束光的相位差、所述本振光中脉冲的相位以及光程相位差，确定所述第一组连续脉冲和所述第二组连续脉冲中的各信号脉冲的量子态，所述光程相位差是光信号传输导致的相位变化。

可选地，所述根据所述探测数据，确定所述第一合束光的初始偏振态，包括：

确定第一均值，所述第一均值是所述第一组连续脉冲对应的第二强度值和第一强度值比值的均值；

确定第二均值，所述第二均值是所述第二组连续脉冲对应的第二强度值和第一强度值比值的均值；

根据如下关系式确定所述第一合束光的初始偏振态

其中，ψ与δ表示所述第一合束光的初始偏振态，r₁表示所述第一均值，r₂表示所述第二均值。

可选地，所述确定所述第一组连续脉冲和所述第二组连续脉冲中的各信号脉冲的量子态，包括：

根据所述初始偏振态，确定所述第一组连续脉冲和所述第二组连续脉冲中的各脉冲偏振调制后的偏振态；

根据如下关系式确定所述第一组连续脉冲和所述第二组连续脉冲中的各信号脉冲的量子态

其中，data₁(i)表示所述第一强度值中对应第i个信号脉冲的探测结果，data₂(i)表示所述第二强度值中对应所述第i个信号脉冲的探测结果，L表示所述本振光的光强，ψ′(i)与δ′(i)表示所述第i个信号脉冲在偏振调制之后的偏振态，

表示所述光程相位差，

表示所述第一分束光和所述第二分束光的相位差，

所述第i个信号脉冲对应的本振光中脉冲的相位。

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处理装置，所述装置包括：

分束器，用于将接收到的量子光分束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；

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，所述第一合束光中包括所述第一分束光和所述第二分束光对应的脉冲偏振正交，且相位差固定；

电偏振控制器EPC，用于调制所述第一合束光中的第一组连续脉冲的偏振，所述第一组连续脉冲偏振调制的相差为0度；

相位调制器，用于随机调制所述第一组连续脉冲对应的本振光中脉冲的相位，所述本振光是与所述量子光时序一致的脉冲序列，所述第一组连续脉冲中的每个脉冲对应所述本振光中的一个脉冲，所述本振光中脉冲的相位的范围是0至2π；

所述EPC，还用于调制所述第一合束光中的第二组连续脉冲的偏振，所述第二组连续脉冲偏振调制的相差为90度；

所述相位调制器，还用于随机调制所述第二组连续脉冲对应的本振光中脉冲的相位，所述第二组连续脉冲中的每个脉冲对应所述本振光中的一个脉冲，所述本振光中脉冲的相位的范围是0至2π；

处理器，用于获取所述第一组连续脉冲和所述第二组连续脉冲各自对应的探测数据，所述探测数据包括第一强度值和第二强度值，所述第一强度值和所述第二强度值是所述第一合束光的分束光和所述本振光的分束光分别进行零差探测的探测结果；

所述处理器，还用于根据所述探测数据，确定所述第一合束光的初始偏振态，所述初始偏振态用于指示所述第一合束光在偏振调制之前的偏振；

所述处理器，还用于根据所述初始偏振态、所述探测数据、所述本振光的光强、所述第一分束光和所述第二分束光的相位差、所述本振光中脉冲的相位以及光程相位差，确定所述第一组连续脉冲和所述第二组连续脉冲中的各信号脉冲的量子态，所述光程相位差是光信号传输导致的相位变化。

可选地，所述处理器，用于：

确定第一均值，所述第一均值是所述第一组连续脉冲对应的第二强度值和第一强度值比值的均值；

确定第二均值，所述第二均值是所述第二组连续脉冲对应的第二强度值和第一强度值比值的均值；

根据如下关系式确定所述第一合束光的初始偏振态

其中，ψ与δ表示所述第一合束光的初始偏振态，r₁表示所述第一均值，r₂表示所述第二均值。

可选地，所述处理器，用于：

根据所述初始偏振态，确定所述第一组连续脉冲和所述第二组连续脉冲中的各脉冲偏振调制后的偏振态；

根据如下关系式确定所述第一组连续脉冲和所述第二组连续脉冲中的各信号脉冲的量子态

其中，data₁(i)表示所述第一强度值中对应第i个信号脉冲的探测结果，data₂(i)表示所述第二强度值中对应所述第i个信号脉冲的探测结果，L表示所述本振光的光强，ψ′(i)与δ′(i)表示所述第i个信号脉冲在偏振调制之后的偏振态，

表示所述光程相位差，

表示所述第一分束光和所述第二分束光的相位差，

所述第i个信号脉冲对应的本振光中脉冲的相位。

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。

此外，在本申请实施例中，接收机无需通过调制第一合束光的偏振来补偿第一合束光发生的偏移，而是通过对两组连续脉冲随机遍历本振光的相位来确定初始偏振态，再通过初始偏振态来补偿第一合束光发生的偏移，避免了确定偏移时接收机所探测的脉冲不能用于成码，提供了QKD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处理方法的流程图；

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处理装置的示意图。

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应用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应用场景的出现，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。需要说明的是量子光的量子态是指量子光中的信号脉冲的量子态，为便于说明，本申请实施例统一称为量子光的量子态。

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处理方法的流程示意图。该方法可应用于图2所示的接收机20中。

步骤301，将接收到的量子光分束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，并且在后续步骤中用于和本振光进行干涉。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，接收机可以通过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前，第一分束光和第二分束光经过的光程不同，使得第一分束光和第二分束光在合束时的相位不同，且第一分束光和第二分束光对应的脉冲在第一合束光中相位差固定。接收机对第一分束光和第二分束光合束时，会改变第一分束光和第二分束光对应的脉冲的偏振方向，使得第一分束光和第二分束光对应的脉冲偏振正交。

步骤303，调制第一合束光中的第一组连续脉冲的偏振。

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管用于探测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，在现有技术中，接收机根据预设偏振值，调制第一合束光的偏振，补偿在传输过程中偏振方向的偏移。接收机需要通过探测第一合束光中的部分脉冲，才能确定第一合束光发生的偏移，而在确定偏移时接收机所探测的脉冲不能用于成码。在本申请实施例中，接收机无需通过调制第一合束光的偏振来补偿第一合束光发生的偏移。

在本申请实施例中，接收机调制第一合束光中的第一组连续脉冲的偏振。第一组连续脉冲是第一合束光中的一段连续的脉冲序列。接收机调制第一组连续脉冲，且第一组连续脉冲的偏振调制的相差为0度。接收机通过三轴的电偏振调制器(EPC)调制第一合束光中的脉冲的偏振。EPC的三轴分别为两个45度轴和一个0度轴。EPC通过三个轴对信号光的挤压来实现对偏振的调制。对于第一合束光中的第一组连续脉冲，接收机将EPC中0度轴的相差调控为0度。

步骤304，随机调制第一组连续脉冲对应的本振光中脉冲的相位。

对于第一组连续脉冲，接收机调制脉冲的偏振时，也调制该脉冲对应的本振光中脉冲的相位。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合束光干涉，因此需要本振光是与上述量子光时序一致的脉冲序列，所以第一合束光中的脉冲与本振光中的脉冲一一对应。接收机在调制第一组连续脉冲的偏振时，同时调制第一组连续脉冲对应的本振光中脉冲的相位。本振光中脉冲相位的调制范围是0到2π。接收机随机调制本振光中脉冲的相位是指接收机在0至2π的范围里随机调制脉冲的相位。上述第一组连续脉冲的数量大于预设阈值，该预设阈值使得第一组连续脉冲对应的本振光中脉冲被调制后的相位覆盖0至2π。示例性地，第一组连续脉冲的脉冲数量为100，对应的本振光脉冲的相位被接收机调制为0、π/50、π/25、3π/50、…、2π。第一组连续脉冲中的脉冲数量需要确保接收机随机调制对应本振光脉冲的相位时遍历0至2π。

上述步骤303和上述步骤304可以同时执行，也可以先后执行，本申请实施例不做具体限定。

步骤305，调制第一合束光中的第二组连续脉冲的偏振。

接收机调制第一合束光中的第二组连续脉冲的偏振。第二组连续脉冲是第一合束光中的一段连续的脉冲序列。第二组连续脉冲是与第一组连续脉冲第一合束光中不重复的两组连续光脉冲。接收机调制第二组连续脉冲，且第一组连续脉冲的偏振调制的相差为90度。对于第一合束光中的第二组连续脉冲，接收机将EPC中0度轴的相差调控为90度。

步骤306，随机调制第二组连续脉冲对应的本振光中脉冲的相位。

对于第二组连续脉冲，接收机调制脉冲的偏振时，也调制该脉冲对应的本振光中脉冲的相位。因为在后续步骤中，接收机对第一合束光和本振光进行零差探测，所以第一合束光中的脉冲与本振光中的脉冲一一对应。接收机在调制第二组连续脉冲的偏振时，同时调制第二组连续脉冲对应的本振光中脉冲的相位。本振光中脉冲相位的调制范围是0到2π。接收机随机调制本振光中脉冲的相位是指接收机在0至2π的范围里随机调制脉冲的相位。上述第二组连续脉冲的数量大于预设阈值，该预设阈值使得第二组连续脉冲对应的本振光中脉冲被调制后的相位覆盖0至2π。示例性地，第二组连续脉冲的脉冲数量为100，对应的本振光脉冲的相位被接收机调制为0、π/50、π/25、3π/50、…、2π。第二组连续脉冲中的脉冲数量需要确保接收机随机调制对应本振光脉冲的相位时遍历0至2π，且第二组连续脉冲的脉冲数量与第一组连续脉冲的脉冲数量一致。

上述步骤305和上述步骤306可以同时执行，也可以先后执行，本申请实施例不做具体限定。

步骤307，获取第一组连续脉冲和第二组连续脉冲各自对应的探测数据。

接收机调制第一组连续脉冲的偏振、第二组连续脉冲的偏振以及对应本振光脉冲的相位后，获取第一组连续脉冲和第二组连续脉冲各自对应的探测数据。探测前，接收机分束第一组连续脉冲和第二组连续脉冲所在的第一合束光，得到第一合束光的两束分束光。接收机分束本振光，得到本振光的两束分束光。探测时，接收机分别对第一合束光的两束分束光和本振光的两束分束光进行零差探测。第一合束光的一束分束光与本振光的一束分束光进行零差探测输出第一强度值，第一合束光的另一束分束光与本振光的另一束分束光进行零差探测输出第二强度值。第一组连续脉冲是第一合束光中的多个脉冲，因此接收机获取的第一组连续脉冲对应的探测数据包括多个第一强度值和多个第二强度值。其中，第一组连续脉冲对应的第一强度值的数量与第一组连续脉冲的脉冲数量一致。第一组连续脉冲对应的第二强度值的数量与第一组连续脉冲的脉冲数量一致。第二组连续脉冲也是第一合束光中的多个脉冲，因此接收机获取的第二组连续脉冲对应的探测数据包括多个第一强度值和多个第二强度值。其中，第二组连续脉冲对应的第一强度值的数量与第二组连续脉冲的脉冲数量一致。第二组连续脉冲对应的第二强度值的数量与第二组连续脉冲的脉冲数量一致。

需要说明的是，第一合束光中是连续的光脉冲序列，接收机在执行上述步骤303和步骤304的过程中，接收机根据第一组连续脉冲的时序依次调制第一组连续脉冲和本振光脉冲时，可以直接对完成调制的第一组连续脉冲和本振光脉冲进行探测，即上述步骤303中的偏振调制、步骤304中的相位调制以及第一组连续脉冲的探测可以同时进行。相同地，上述步骤305中的偏振调制、步骤306中的相位调制以及第二组连续脉冲的探测可以同时进行。

步骤308，根据探测数据，确定第一合束光的初始偏振态。

接收机获取第一组连续脉冲和第二组连续脉冲各自对应的探测数据后，根据探测数据，确定第一合束光的初始偏振态。初始偏振态用于指示在接收机调制之前第一合束光的偏振状态。在零差探测中输入的是第一合束光的分束光和本振光的分束光，而第一合束光中第一组连续脉冲和第二组连续脉冲偏振调制的相差是已知数据，本振光的相位也是已知数据。探测数据实际是零差探测器探测到的脉冲的强度值。由于光程相同，本振光的强度一定，且第一合束光的强度被限定在单光子强度下。因此，接收机根据获取到的探测数据，能够确定出第一合束光的初始偏振态。

可选地，在确定第一合束光的初始偏振态时，接收机先确定第一均值和第二均值。第一均值是第一组连续脉冲对应的第二强度值和第一强度值比值的均值。第二均值是第二组连续脉冲对应的第二强度值和第一强度值比值的均值。在确定第一均值和第二均值后，接收机根据如下关系式确定第一合束光的初始偏振态

其中，ψ与δ表示第一合束光的初始偏振态，r₁表示第一均值，r₂表示第二均值。

步骤309，确定第一组连续脉冲和第二组连续脉冲中的各信号脉冲的量子态。

在偏振编码的量子密钥分发系统中，发射机将密钥信息编码到量子光。发射机编码密钥信息实际是将密钥信息调制到量子光的量子态。通过量子态来传递密钥信息。相应地，接收机需要确定接收到的量子光的量子态，以获取密钥信息。量子光中的各个信号脉冲的量子态通常由各自对应的两个正则分量表示。因此，接收机确定第一组连续脉冲和第二组连续脉冲中的各信号脉冲的量子态，实际是确定各信号脉冲对应的正则分量。在现有量子密钥分发系统中，对于量子光，接收机调整其偏振，以补偿在传输过程中偏振方向的偏移，使得信号脉冲的偏振以H光和V光为基准。因此，在第一合束光的偏振已知的情况下，接收机根据零差探测的探测结果、本振光的光强、本振光与量子光的相位差，即可计算确定量子光的量子态。对于现有技术中计算确定量子光的量子态的计算过程，本申请实施例不再进行赘述。在本申请实施例中，第一合束光的偏振并不是以H光和V光为基准，因此第一合束光的偏振无法直接测量得到，并且本振光的相位是随机调制的，导致仅根据现有技术中通过探测结果、本振光的光强、本振光与量子光的相位差的方式无法准确确定量子光的量子态。对此，接收机获取上述初始偏振态，将该初始偏振态用于弥补第一合束光偏振未知造成的影响。此外，接收机还将本振光中各脉冲的相位、光程相位差以及第一分束光和第二分束光的相位差引入计算，以弥补本振光的相位是随机调制造成的影响。其中，光程相位差是光信号在光纤中传输导致的相位变化。例如，第一合束光的两束分束光自分束位置到零差探测器的光路等长，分束光中的同一脉冲在分束位置处的相位与零差探测器处的相位之间的差值几位光程相位差。因此接收机根据初始偏振态、探测数据、本振光的光强、第一分束光和第二分束光的相位差、本振光中脉冲的相位以及光程相位差，确定第一组连续脉冲和第二组连续脉冲中的各信号脉冲的量子态。其中，探测数据是第一组连续脉冲和第二组连续脉冲各自对应的探测数据。

可选地，接收机根据初始偏振态，确定第一组连续脉冲和第二组连续脉冲中的各脉冲偏振调制后的偏振态。在上述步骤308中，接收机确定了第一合束光的初始偏振态：ψ与δ。接收机根据如下关系式确定各脉冲偏振调制后的偏振态：

ψ'(i)＝ψ-90

δ'(i)＝δ-β_t1(i)

其中，ψ'(i)与δ'(i)表示第i个信号脉冲的偏振调制后的偏振态。β_t1(i)表示第i个信号脉冲的偏振调制时的相差。接收机确定信号脉冲偏振调制后的偏振态后，根据如下关系式确定第一组连续脉冲和第二组连续脉冲中的各信号脉冲的量子态：

其中，data₁(i)表示所述第一强度值中对应第i个信号脉冲的探测结果，data₂(i)表示所述第二强度值中对应所述第i个信号脉冲的探测结果，L表示所述本振光的光强，ψ′(i)与δ′(i)表示所述第i个信号脉冲在偏振调制之后的偏振态，

表示所述光程相位差，

表示所述第一分束光和所述第二分束光的相位差，

所述第i个信号脉冲对应的本振光中脉冲的相位。接收机确定各个信号脉冲的量子态即量子光的量子态。

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，接收机无需通过调制第一合束光的偏振来补偿第一合束光发生的偏移，而是通过对两组连续脉冲随机遍历本振光的相位来确定初始偏振态，再通过初始偏振态来补偿第一合束光发生的偏移，避免了确定偏移时接收机所探测的脉冲不能用于成码，提供了QKD系统的成码率。

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处理装置的示意图。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、本振光源404、相位调制器LLO405、第一零差探测器406、第二零差探测器407和处理器408。

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。

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。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。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，所述第一合束光中包括所述第一分束光和所述第二分束光对应的脉冲偏振正交，且相位差固定。

EPC 403的输入端连接与第一偏振分束器202的输出端，用于调制所述第一合束光中的第一组连续脉冲的偏振，所述第一组连续脉冲偏振调制的相差为0度，以及调制所述第一合束光中的第二组连续脉冲的偏振，所述第二组连续脉冲偏振调制的相差为90度。EPC403的输出端通过一个偏振分束器与第一零差探测器406和第二零差探测器407连接。

本振光源404是输出本振光的本地光源。本振光源404的输出端与相位调制器405的输入端连接。

相位调制器405，用于随机调制所述第一组连续脉冲对应的本振光中脉冲的相位，所述本振光是与所述量子光时序一致的脉冲序列，所述第一组连续脉冲中的每个脉冲对应所述本振光中的一个脉冲，所述本振光中脉冲的相位的范围是0至2π；随机调制所述第二组连续脉冲对应的本振光中脉冲的相位，所述第二组连续脉冲中的每个脉冲对应所述本振光中的一个脉冲，所述本振光中脉冲的相位的范围是0至2π。相位调制器405的输出端通过一个偏振分束器与第一零差探测器406和第二零差探测器407连接。

处理器408与第一零差探测器406和第二零差探测器407的输出端连接，用于：获取所述第一组连续脉冲和所述第二组连续脉冲各自对应的探测数据，所述探测数据包括第一强度值和第二强度值，所述第一强度值和所述第二强度值是所述第一合束光的分束光和所述本振光的分束光分别进行零差探测的探测结果；

根据所述探测数据，确定所述第一合束光的初始偏振态，所述初始偏振态用于指示所述第一合束光在偏振调制之前的偏振；

根据所述初始偏振态、所述探测数据、所述本振光的光强、所述第一分束光和所述第二分束光的相位差、所述本振光中脉冲的相位以及光程相位差，确定所述第一组连续脉冲和所述第二组连续脉冲中的各信号脉冲的量子态，所述光程相位差是光信号传输导致的相位变化。

可选地，所述处理器408，用于：

确定第一均值，所述第一均值是所述第一组连续脉冲对应的第二强度值和第一强度值比值的均值；

确定第二均值，所述第二均值是所述第二组连续脉冲对应的第二强度值和第一强度值比值的均值；

根据如下关系式确定所述第一合束光的初始偏振态

其中，ψ与δ表示所述第一合束光的初始偏振态，r₁表示所述第一均值，r₂表示所述第二均值。

可选地，所述处理器408，用于：

根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述处理器，用于：

根据所述初始偏振态，确定所述第一组连续脉冲和所述第二组连续脉冲中的各脉冲偏振调制后的偏振态；

根据如下关系式确定所述第一组连续脉冲和所述第二组连续脉冲中的各信号脉冲的量子态

其中，data₁(i)表示所述第一强度值中对应第i个信号脉冲的探测结果，data₂(i)表示所述第二强度值中对应所述第i个信号脉冲的探测结果，L表示所述本振光的光强，ψ′(i)与δ′(i)表示所述第i个信号脉冲在偏振调制之后的偏振态，

表示所述光程相位差，

表示所述第一分束光和所述第二分束光的相位差，

所述第i个信号脉冲对应的本振光中脉冲的相位。

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 (6)

1.一种连续变量量子密钥分发系统的信号处理方法，其特征在于，所述方法包括：

将接收到的量子光分束为第一分束光和第二分束光，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；

合束所述第一分束光和所述第二分束光，生成第一合束光，所述第一合束光中包括的所述第一分束光和所述第二分束光对应的脉冲偏振正交，且相位差固定；

调制所述第一合束光中的第一组连续脉冲的偏振，所述第一组连续脉冲偏振调制的相差为0度；

随机调制所述第一组连续脉冲对应的本振光中脉冲的相位，所述本振光是与所述量子光时序一致的脉冲序列，所述第一组连续脉冲中的每个脉冲对应所述本振光中的一个脉冲，所述本振光中脉冲的相位的范围是0至2π；

调制所述第一合束光中的第二组连续脉冲的偏振，所述第二组连续脉冲偏振调制的相差为90度；

随机调制所述第二组连续脉冲对应的本振光中脉冲的相位，所述第二组连续脉冲中的每个脉冲对应所述本振光中的一个脉冲，所述本振光中脉冲的相位的范围是0至2π；

获取所述第一组连续脉冲和所述第二组连续脉冲各自对应的探测数据，所述探测数据包括第一强度值和第二强度值，所述第一强度值和所述第二强度值是所述第一合束光的分束光和所述本振光的分束光分别进行零差探测的探测结果；

根据所述探测数据，确定所述第一合束光的初始偏振态，所述初始偏振态用于指示所述第一合束光在偏振调制之前的偏振；

根据所述初始偏振态、所述探测数据、所述本振光的光强、所述第一分束光和所述第二分束光的相位差、所述本振光中脉冲的相位以及光程相位差，确定所述第一组连续脉冲和所述第二组连续脉冲中的各信号脉冲的量子态，所述光程相位差是光信号传输导致的相位变化。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述探测数据，确定所述第一合束光的初始偏振态，包括：

确定第一均值，所述第一均值是所述第一组连续脉冲对应的第二强度值和第一强度值比值的均值；

确定第二均值，所述第二均值是所述第二组连续脉冲对应的第二强度值和第一强度值比值的均值；

根据如下关系式确定所述第一合束光的初始偏振态

其中，ψ与δ表示所述第一合束光的初始偏振态，r₁表示所述第一均值，r₂表示所述第二均值。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述确定所述第一组连续脉冲和所述第二组连续脉冲中的各信号脉冲的量子态，包括：

根据所述初始偏振态，确定所述第一组连续脉冲和所述第二组连续脉冲中的各脉冲偏振调制后的偏振态；

根据如下关系式确定所述第一组连续脉冲和所述第二组连续脉冲中的各信号脉冲的量子态

其中，data₁(i)表示所述第一强度值中对应第i个信号脉冲的探测结果，data₂(i)表示所述第二强度值中对应所述第i个信号脉冲的探测结果，L表示所述本振光的光强，ψ′(i)与δ′(i)表示所述第i个信号脉冲在偏振调制之后的偏振态，

表示所述光程相位差，

表示所述第一分束光和所述第二分束光的相位差，

所述第i个信号脉冲对应的本振光中脉冲的相位。

4.一种连续变量量子密钥分发系统的信号处理装置，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束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；

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，所述第一合束光中包括所述第一分束光和所述第二分束光对应的脉冲偏振正交，且相位差固定；

电偏振控制器EPC，用于调制所述第一合束光中的第一组连续脉冲的偏振，所述第一组连续脉冲偏振调制的相差为0度；

相位调制器，用于随机调制所述第一组连续脉冲对应的本振光中脉冲的相位，所述本振光是与所述量子光时序一致的脉冲序列，所述第一组连续脉冲中的每个脉冲对应所述本振光中的一个脉冲，所述本振光中脉冲的相位的范围是0至2π；

所述EPC，还用于调制所述第一合束光中的第二组连续脉冲的偏振，所述第二组连续脉冲偏振调制的相差为90度；

所述相位调制器，还用于随机调制所述第二组连续脉冲对应的本振光中脉冲的相位，所述第二组连续脉冲中的每个脉冲对应所述本振光中的一个脉冲，所述本振光中脉冲的相位的范围是0至2π；

处理器，用于获取所述第一组连续脉冲和所述第二组连续脉冲各自对应的探测数据，所述探测数据包括第一强度值和第二强度值，所述第一强度值和所述第二强度值是所述第一合束光的分束光和所述本振光的分束光分别进行零差探测的探测结果；

所述处理器，还用于根据所述探测数据，确定所述第一合束光的初始偏振态，所述初始偏振态用于指示所述第一合束光在偏振调制之前的偏振；

所述处理器，还用于根据所述初始偏振态、所述探测数据、所述本振光的光强、所述第一分束光和所述第二分束光的相位差、所述本振光中脉冲的相位以及光程相位差，确定所述第一组连续脉冲和所述第二组连续脉冲中的各信号脉冲的量子态，所述光程相位差是光信号传输导致的相位变化。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述处理器，用于：

确定第一均值，所述第一均值是所述第一组连续脉冲对应的第二强度值和第一强度值比值的均值；

确定第二均值，所述第二均值是所述第二组连续脉冲对应的第二强度值和第一强度值比值的均值；

根据如下关系式确定所述第一合束光的初始偏振态

其中，ψ与δ表示所述第一合束光的初始偏振态，r₁表示所述第一均值，r₂表示所述第二均值。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述处理器，用于：

根据所述初始偏振态，确定所述第一组连续脉冲和所述第二组连续脉冲中的各脉冲偏振调制后的偏振态；

根据如下关系式确定所述第一组连续脉冲和所述第二组连续脉冲中的各信号脉冲的量子态

其中，data₁(i)表示所述第一强度值中对应第i个信号脉冲的探测结果，data₂(i)表示所述第二强度值中对应所述第i个信号脉冲的探测结果，L表示所述本振光的光强，ψ′(i)与δ′(i)表示所述第i个信号脉冲在偏振调制之后的偏振态，

表示所述光程相位差，

表示所述第一分束光和所述第二分束光的相位差，

所述第i个信号脉冲对应的本振光中脉冲的相位。

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