CN117240357A - 基于量子比特误码率进行寻优的方法、装置、介质和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供基于量子比特误码率进行寻优的方法、装置、介质和设备，所述方法包括：将量子比特信息制备到光源输出的光脉冲中；向接收端发射制备的光脉冲；从发射端接收制备的光脉冲；解码接收到的光脉冲中所携带的量子比特信息；按照预定步长改变施加至强度调制器的偏置电压；确定在各个偏置电压下的量子比特误码率；将偏置电压锁定至量子比特误码率中的最小值对应的偏置电压；按照预定步长改变施加至单光子探测器的门控信号的延时位置；确定在各个延时位置下的量子比特误码率；将门控信号的延时位置锁定至量子比特误码率中的最小值对应的延时位置。本发明能够使得系统的量子比特误码率达到最小。
Description
技术领域
本发明涉及量子通信技术领域，尤其涉及基于量子比特误码率进行寻优的方法、装置、介质和设备。
背景技术
通常，在量子通信系统（特别是，量子密钥分发系统）中，使用量子比特误码率（Quantum Bit Error Rate，QBER）来衡量量子比特在传输或测量过程中的错误率，并且量子比特误码率越低，量子通信系统传输的量子比特或测量结果越准确，这意味着量子通信系统具备高的安全密钥生成率。因此，量子比特误码率是量子通信系统的关键性能指标之一，其可用于评估量子通信系统的质量和安全性。
发明内容
本发明的目的在于提供基于量子比特误码率进行寻优的方法、装置、介质和设备。
根据本发明的一方面，提供了一种基于量子比特误码率进行寻优的方法，所述方法包括：使用光学编码模块将量子比特信息制备到光源输出的光脉冲中，其中，所述光学编码模块包括强度调制器，所述强度调制器通过施加至所述强度调制器的强度调制电压衰减光脉冲的强度；经由光纤或自由空间向接收端发射制备的光脉冲；经由光纤或自由空间从发射端接收制备的光脉冲；使用光学解码模块解码接收到的光脉冲中所携带的量子比特信息，其中，所述光学解码模块包括单光子探测器，所述单光子探测器通过施加至所述单光子探测器的门控信号探测接收到的光脉冲；按照第一预定步长改变施加至所述强度调制器的偏置电压，以获取在各个偏置电压下通过所述解码得到的量子比特信息；将在各个偏置电压下通过所述解码得到的量子比特信息与用于所述制备的量子比特信息进行比较，以统计在各个偏置电压下通过所述解码得到的与用于所述制备的量子比特信息不一致的量子比特信息的数量；基于在各个偏置电压下通过所述解码得到的与用于所述制备的量子比特信息不一致的量子比特信息的数量和用于所述制备的量子比特信息的数量之间的比值，确定在各个偏置电压下的量子比特误码率；将施加至所述强度调制器的偏置电压锁定至在各个偏置电压下的量子比特误码率中的最小值对应的偏置电压；按照第二预定步长改变施加至所述单光子探测器的门控信号的延时位置，以获取在所述门控信号的各个延时位置下通过所述解码得到的量子比特信息；将在所述门控信号的各个延时位置下通过所述解码得到的量子比特信息与用于所述制备的量子比特信息进行比较，以统计在所述门控信号的各个延时位置下通过所述解码得到的与用于所述制备的量子比特信息不一致的量子比特信息的数量；基于在所述门控信号的各个延时位置下通过所述解码得到的与用于所述制备的量子比特信息不一致的量子比特信息的数量和用于所述制备的量子比特信息的数量之间的比值，确定在所述门控信号的各个延时位置下的量子比特误码率；将施加至所述单光子探测器的门控信号的延时位置锁定至在所述门控信号的各个延时位置下的量子比特误码率中的最小值对应的门控信号的延时位置。
根据本发明的一个实施例，所述偏置电压为所述强度调制器在未施加所述强度调制电压时的工作电压。
根据本发明的一个实施例，所述门控信号使得所述单光子探测器在与所述门控信号的高电平对应的时间窗口内处于开启状态，并且使得所述单光子探测器在与所述门控信号的低电平对应的时间窗口内处于关闭状态。
根据本发明的一个实施例，所述光学编码模块包括在所述发射端中，所述光学解码模块包括在所述接收端中。
根据本发明的一个实施例，所述量子比特信息以光脉冲的偏振态、相位态和时间态中的至少一者制备到光脉冲中。
根据本发明的一个实施例，包括所述发射端和所述接收端的量子通信系统为基于COW量子密钥分发协议的量子密钥分发系统。
根据本发明的一个实施例，所述单光子探测器包括用于探测光脉冲的数据探测器以及用于监测光脉冲之间的相干性的监测探测器。
根据本发明的一个实施例，所述光学解码模块通过所述数据探测器探测接收到的光脉冲。
根据本发明的另一方面，还提供了一种基于量子比特误码率进行寻优的装置，所述置包括：光制备单元，被配置为使用光学编码模块将量子比特信息制备到光源输出的光脉冲中，其中，所述光学编码模块包括强度调制器，所述强度调制器通过施加至所述强度调制器的强度调制电压衰减光脉冲的强度；光发送单元，被配置为经由光纤或自由空间向接收端发射制备的光脉冲；光接收单元，被配置为经由光纤或自由空间从发射端接收制备的光脉冲；光探测单元，被配置为使用光学解码模块解码接收到的光脉冲中所携带的量子比特信息，其中，所述光学解码模块包括单光子探测器，所述单光子探测器通过施加至所述单光子探测器的门控信号探测接收到的光脉冲；偏置电压步进单元，被配置为按照第一预定步长改变施加至所述强度调制器的偏置电压，以获取在各个偏置电压下通过所述解码得到的量子比特信息；量子比特比对单元，被配置为将在各个偏置电压下通过所述解码得到的量子比特信息与用于所述制备的量子比特信息进行比较，以统计在各个偏置电压下通过所述解码得到的与用于所述制备的量子比特信息不一致的量子比特信息的数量；误码率计算单元，被配置为基于在各个偏置电压下通过所述解码得到的与用于所述制备的量子比特信息不一致的量子比特信息的数量和用于所述制备的量子比特信息的数量之间的比值，确定在各个偏置电压下的量子比特误码率；偏置电压锁定单元，被配置为将施加至所述强度调制器的偏置电压锁定至在各个偏置电压下的量子比特误码率中的最小值对应的偏置电压；门控信号步进单元，被配置为按照第二预定步长改变施加至所述单光子探测器的门控信号的延时位置，以获取在所述门控信号的各个延时位置下通过所述解码得到的量子比特信息；量子比特比对单元，还被配置为将在所述门控信号的各个延时位置下通过所述解码得到的量子比特信息与用于所述制备的量子比特信息进行比较，以统计在所述门控信号的各个延时位置下通过所述解码得到的与用于所述制备的量子比特信息不一致的量子比特信息的数量；误码率计算单元，还被配置为基于在所述门控信号的各个延时位置下通过所述解码得到的与用于所述制备的量子比特信息不一致的量子比特信息的数量和用于所述制备的量子比特信息的数量之间的比值，确定在所述门控信号的各个延时位置下的量子比特误码率；门控信号锁定单元，被配置为将施加至所述单光子探测器的门控信号的延时位置锁定至在所述门控信号的各个延时位置下的量子比特误码率中的最小值对应的门控信号的延时位置。
根据本发明的一个实施例，所述偏置电压为所述强度调制器在未施加所述强度调制电压时的工作电压。
根据本发明的一个实施例，所述门控信号使得所述单光子探测器在与所述门控信号的高电平对应的时间窗口内处于开启状态，并且使得所述单光子探测器在与所述门控信号的低电平对应的时间窗口内处于关闭状态。
根据本发明的一个实施例，所述光学编码模块包括在所述发射端中，所述光学解码模块包括在所述接收端中。
根据本发明的一个实施例，所述量子比特信息以光脉冲的偏振态、相位态和时间态中的至少一者制备到光脉冲中。
根据本发明的一个实施例，包括所述发射端和所述接收端的量子通信系统为基于COW量子密钥分发协议的量子密钥分发系统。
根据本发明的一个实施例，所述单光子探测器包括用于探测光脉冲的数据探测器以及用于监测光脉冲之间的相干性的监测探测器。
根据本发明的一个实施例，所述光学解码模块通过所述数据探测器探测接收到的光脉冲。
根据本发明的另一方面，还提供了一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，当所述计算机程序在被处理器执行时，实现如前面所述的基于量子比特误码率进行寻优的方法。
根据本发明的另一方面，还提供了一种计算机设备，所述计算机设备包括：处理器；存储器，存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如前面所述的基于量子比特误码率进行寻优的方法。
本发明所提供的基于量子比特误码率进行寻优的方法、装置、介质和设备不仅能够使得系统的量子比特误码率达到最小，而且还能够确保系统具备高的探测效率和准确性并且有效地避免由于杂散光的存在而导致的检测错误。
附图说明
通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述目的和特点将会变得更加清楚。
图1示出的是根据本发明的示例性实施例的基于量子比特误码率进行寻优的方法的示意性流程图。
图2 示出的是根据本发明的示例性实施例的在基于COW量子密钥分发协议的量子通信系统中基于量子比特误码率进行寻优的示意性数据交互过程。
图3示出的是根据本发明的示例性实施例的基于量子比特误码率进行寻优的装置的示意性结构框图。
具体实施方式
在量子通信系统中，强度调制器和单光子探测器分别为发射端和接收端不可缺少的重要器件，前者用于在发射端调制光脉冲的强度，后者用于在接收端探测光脉冲。
在发射端，可通过向强度调制器施加强度调制电压来改变光信号通过的介质的折射率或吸收特性以实现光脉冲的强度调制，可通过向强度调制器施加偏置电压来设置强度调制器的工作点，工作点是指强度调制器在未被施加强度调制电压的情况下的工作状态或工作电压，这个工作点可设置在强度调制器的非线性区域的线性段上，以保证对强度调制电压的小变化具有线性响应；向该器件施加的强度调制电压可用来控制光的强度，通过调节强度调制电压，可改变光的强度以实现对光信号的调制，因此，强度调制电压的改变会引起光的强度相应的变化，从而实现对光信号的调制和传输。在线性段上，光信号的强度变化与施加的强度调制电压是近似线性的关系。
对于强度调制器，当强度调制器的工作点设置在线性段上时，施加的强度调制电压对光脉冲的强度调制效果是可控且线性的；当强度调制器的工作点设置在非线性区域的非线性段时，强度调制电压对光脉冲的强度调制效果将变得不可预测和非线性。因此，强度调制器的工作点的选择非常重要，它决定了强度调制器对强度调制电压响应的线性范围和灵敏度。换言之，恰当地设置和稳定偏置电压，也是确保强度调制的稳定和可靠的重要因素之一。
在使用强度调制器的量子通信系统中，当偏置电压的设置不准确或不稳定时，会使得强度调制器的工作点偏离线性范围，造成非线性失真，非线性失真会降低强度调制器的消光比，消光比的降低会导致光信号在ON状态（高强度状态）和OFF状态（低强度状态）之间的转换出现畸变，使得强度调制器的调制结果也不稳定，造成输出光强度的波动和不确定性，导致量子通信系统的量子比特误码率增加。
因此，精准地设置施加至强度调制器的偏置电压对于确保量子通信系统的性能和稳定性非常重要。
在接收端，可通过向单光子探测器施加门控信号来控制其开启和关闭的信号。当门控信号处于高电平时，单光子探测器处于开启状态，可以接收光信号；当门控信号处于低电平时，单光子探测器处于关闭状态，不会接收光信号。换言之，门控信号可使得单光子探测器在与门控信号的高电平对应的时间窗口内处于开启状态，并且使得单光子探测器在与门控信号的低电平对应的时间窗口内处于关闭状态。因此，在单光子探测器中，门控信号可用来控制探测器的工作模式，通过改变门控信号的延时位置，能够使得单光子探测器在合适的时机接收光信号，这对于需要精确测量光信号的时序特性或对光信号进行时间分辨的应用非常重要。另外，通过改变门控信号的延时位置，还能够降低单光子探测器在探测光信号的过程中的背景噪声，这样可提高单光子探测器的信噪比和探测灵敏度。另外，此外，通过改变门控信号的延时位置，还能够限制单光子探测器在特定时间窗口内的暗计数率，这样可减少虚假信号的产生。
因此，恰当地设置施加至单光子探测器的门控信号的延时位置对于确保量子通信系统接收端的探测效率和准确性非常重要。
通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述目的和特点将会变得更加清楚。
下面，将参照附图来详细说明本发明的实施例。
图1示出的是根据本发明的示例性实施例的基于量子比特误码率进行寻优的方法的示意性流程图。
参照图1，图1示出的方法可包括如下步骤。
在步骤101，使用光学编码模块将量子比特信息制备到光源输出的光脉冲中，其中，光学编码模块包括强度调制器，强度调制器通过施加至强度调制器的强度调制电压衰减光脉冲的强度。
这里，作为非限制示例，量子比特信息可以以光脉冲的偏振态、相位态和时间态中的至少一者制备到光脉冲中。
在步骤102，经由光纤或自由空间向接收端发射制备的光脉冲。
在步骤103，经由光纤或自由空间从发射端接收制备的光脉冲。
在步骤104，使用光学解码模块解码接收到的光脉冲中所携带的量子比特信息，其中，光学解码模块包括单光子探测器，单光子探测器通过施加至单光子探测器的门控信号探测接收到的光脉冲。
在步骤105，按照预定步长改变施加至强度调制器的偏置电压，以获取在各个偏置电压下通过解码得到的量子比特信息。
在步骤106，将在各个偏置电压下通过解码得到的量子比特信息与用于制备的量子比特信息进行比较，以统计在各个偏置电压下通过解码得到的与用于制备的量子比特信息不一致的量子比特信息的数量。
在步骤107，基于在各个偏置电压下通过解码得到的与用于制备的量子比特信息不一致的量子比特信息的数量和用于制备的量子比特信息的数量之间的比值，确定在各个偏置电压下的量子比特误码率。
在步骤108，将施加至强度调制器的偏置电压锁定至在各个偏置电压下的量子比特误码率中的最小值对应的偏置电压。
简而言之，在步骤105至步骤108，可根据量子比特误码率来调整和锁定施加至强度调制器的偏置电压，以使强度调制器的消光比保持在最大值，确保从发射端发出的光脉冲的强度被衰减至最小。
在步骤109，按照预定步长改变施加至单光子探测器的门控信号的延时位置，以获取在门控信号的各个延时位置下通过解码得到的量子比特信息。
在步骤110，将在门控信号的各个延时位置下通过解码得到的量子比特信息与用于制备的量子比特信息进行比较，以统计在门控信号的各个延时位置下通过解码得到的与用于制备的量子比特信息不一致的量子比特信息的数量。
在步骤111，基于在门控信号的各个延时位置下通过解码得到的与用于制备的量子比特信息不一致的量子比特信息的数量和用于制备的量子比特信息的数量之间的比值，确定在门控信号的各个延时位置下的量子比特误码率。
在步骤112，将施加至单光子探测器的门控信号的延时位置锁定至在门控信号的各个延时位置下的量子比特误码率中的最小值对应的门控信号的延时位置。
简而言之，在步骤109至步骤112，可根据量子比特误码率来调整和锁定施加至单光子探测器的门控信号的延时位置，以使单光子探测器在合适的时机开启，确保接收端具备高的探测效率和准确性。
在一些示例中，可构建包括发射端和接收端的量子通信系统，该系统可在发射端与接收端之间建立稳定的量子信道，以经由光纤或自由空间实现光通信，在该系统中，光学编码模块可包括在发射端中，光学解码模块可包括在接收端中。然后，在发射端，生成一系列的量子比特，并通过量子信道发送给接收端。这些量子比特可以是单光子的态（如前所述的偏振态或相位态），也可以是时间态或其他量子态。对此，本发明没有限制。接下来，在接收端，可使用光学解码模块或其他量子比特检测系统来接收并检测传输的量子比特序列，并将接收到的量子比特序列与发送时的量子比特进行比对，以根据比对的结果计算量子比特误码率，量子比特误码率可使用诸如，但不限于，下式进行计算。
其中，QBER是量子比特误码率，错误或不一致的量子比特数是接收到的量子比特序列中与发送时的量子比特序列不相符的量子比特的数量，总的量子比特数是发送时的量子比特序列中的量子比特的总数量。
通过上述计算可获取在各个偏置电压下的量子比特误码率，以基于在各个偏置电压下的量子比特误码率中的最小值对应的偏置电压锁定施加至强度调制电压的偏置电压，以实现对偏置电压的精准设置，确保强度调制器保持最大消光比，避免由于杂散光的存在而导致的检测错误。
通过上述计算可获取在门控信号的各个延时位置下的量子比特误码率，以基于在门控信号的各个延时位置下的量子比特误码率中的最小值对应的门控信号的延时位置锁定施加至单光子探测器的门控信号的延时位置，以实现对门控信号的延时位置的精准设置，确保单光子探测器具备高的探测效率和准确性。
需要说明的是，量子比特误码率的计算需要大量的量子比特进行统计，以获得准确的结果。因此，通常会进行多次测试和统计来获取较准确的量子比特误码率。
可见，使用图1示出的方法，不仅能够使得系统的量子比特误码率达到最小，而且还能够确保系统具备高的探测效率和准确性并且有效地避免由于杂散光的存在而导致的检测错误。
下面，以基于COW量子密钥分发协议的量子通信系统为例来进一步详细地描述根据本发明的示例性实施例的基于量子比特误码率进行寻优的具体实施过程。
图2 示出的是根据本发明的示例性实施例的在基于COW（Coherent One Way，相干单向）量子密钥分发协议的量子通信系统中基于量子比特误码率进行寻优的示意性数据交互过程。
参照图2，在图2示出的量子通信系统中，其内设置有光源Laser和强度调制器IM的光学编码模块可包括在发射端Alice中，其内设置有用于探测光脉冲的数据探测器DB以及用于检查光脉冲之间的相干性的监测探测器DM1和DM2的光学解码模块可包括在接收端Bob中，在接收端Bob中，可使用分束器分束出一部分光脉冲以经由不等臂干涉仪M-Z进入监测探测器DM1和DM2，同时分束出另一部分光脉冲进入数据探测器DB。
在图2示出的量子通信系统中，光源Laser和强度调制器IM可基于COW量子密钥分发协议随机地发出携带有以下三种信号态中的一者的光脉冲：bit 0信号态（逻辑0）、bit1信号态（逻辑1）和decoy信号态（诱骗态）。在光源Laser发出的光脉冲序列中，间隔为的光脉冲可在不等臂干涉仪M-Z的输出端发生相干干涉，监测探测器DM1和DM2可监测其干涉的结果是否达到期望值。
在图2示出的量子通信系统中，可按照图2所示的数据交互过程进行寻优。
在S201，接收端Bob使能数据探测器DB，禁用监测探测器DM1和DM2，并在S202，通知发射端Alice进入寻优状态。
在S203，发射端Alice根据该寻优通知将施加至强度调制器IM的偏置电压的初始值bias_voltage发送给接收端Bob，并持续地向接收端Bob发送制备有量子比特信息的光脉冲。
在S204，接收端Bob获取通过若干次计算而得到的量子比特误码率的平均值tmp_qber，并将施加至强度调制器IM的偏置电压的步进值设定为bias_step，在步进期间，可将偏置电压的递进方向首先设置为递减，然后将施加至强度调制器IM的偏置电压值设置为bias_current = bias_voltage - bias_step，并在S205，将bias_current发送给发射端Alice。
在S206，发射端Alice将施加至强度调制器IM的偏置电压设置为接收到的bias_current，并在此基础上向强度调制器IM施加强度调制电压以将量子比特信息制备到光脉冲中，并在S207，通知接收端Bob计算量子比特误码率qber。
在S208，接收端Bob接收来自发射端Alice发射的光脉冲，根据接收到的光脉冲所携带的量子比特信息与发射端Alice制备到光脉冲中的量子比特信息之间的比对结果计算量子比特误码率qber，如果qber小于tmp_qber，则将tmp_qber更新为当前值qber，并控制偏置电压值继续按照bias_step循环递减；如果qber大于tmp_qber，则将偏置电压值的递进方向改变为递增，然后将施加至强度调制器IM的偏置电压值设置为bias_current = bias_voltage + bias_step，并在S209，将改变后的bias_current发送给发射端Alice。
在S210，发射端Alice将施加至强度调制器IM的偏置电压设置为接收到的bias_current，并在此基础上向强度调制器IM施加强度调制电压并继续将量子比特信息制备到光脉冲中，并在S211，通知接收端Bob继续计算量子比特误码率qber。
在S212，接收端Bob继续接收来自发射端Alice发射的光脉冲，根据接收到的光脉冲所携带的量子比特信息与发射端Alice制备到光脉冲中的量子比特信息之间的比对结果计算量子比特误码率qber，如果qber小于tmp_qber，则将tmp_qber更新为当前值qber，并控制偏置电压值按照先前设定的bias_step继续步进，然后继续设置施加至强度调制器IM的偏置电压值bias_current，并在S213，将bias_current发送给发射端Alice。
接下来，发射端Alice继续重复执行对施加至强度调制器 IM的偏置电压的设置操作并基于设置后的偏置电压继续向强度调制器IM施加强度调制电压，并且继续通知接收端Bob继续计算量子比特误码率qber，直到当前qber大于tmp_qber时停止按照先前设定的bias_step继续步进，并将上一次的bias_current确定为施加至强度调制器IM的最佳偏置电压值，并在S214，通知发射端Alice将施加至强度调制器IM的偏置电压锁定至上一次的bias_current，以完成针对强度调制器的寻优。
在S215，接收端Bob获取施加至数据探测器DB的门控信号的延时位置的初始值delay以及通过若干次计算而得到的量子比特误码率的平均值tmp_qber，并将施加至数据探测器DB的门控信号的延时位置的步进值设定为delay_step，在步进期间，可将门控信号的延时位置的递进方向首先设置为递减，然后将施加至数据探测器DB的门控信号的延时值设置为dalay_current = delay - delay_step，以向数据探测器DB施加调整延时位置后的门控信号。
在S216，接收端Bob通过数据探测器DB接收来自发射端Alice发射的光脉冲，根据接收到的光脉冲所携带的量子比特信息与发射端Alice制备到光脉冲中的量子比特信息之间的比对结果计算量子比特误码率qber，如果qber小于tmp_qber，则将tmp_qber更新为当前值qber，并控制门控信号的延时值继续按照bias_step循环递减；如果qber大于tmp_qber，则将门控信号的延时值的递进方向改变为递增，将施加至数据探测器DB的门控信号的延时值设置为delay_current = delay + delay_step，以继续向数据探测器DB施加调整延时位置后的门控信号。
在S217，接收端Bob继续通过数据探测器DB接收来自发射端Alice发射的光脉冲，根据接收到的光脉冲所携带的量子比特信息与发射端Alice制备到光脉冲中的量子比特信息之间的比对结果计算量子比特误码率qber，如果qber小于tmp_qber，则将tmp_qber更新为当前值qber，并控制施加至数据探测器DB的门控信号的延时值按照先前设定的delay_step继续步进，然后继续设置施加至数据探测器DB的门控信号的延时值delay_current，以继续向数据探测器DB施加调整延时位置后的门控信号。
接下来，接收端Bob继续计算量子比特误码率qber，直到当前qber大于tmp_qber为止，此时停止按照先前设定的delay_step继续步进，并将上一次的delay_current确定为施加至数据探测器DB的门控信号的最佳延时值，随后将施加至数据探测器DB的门控信号的延时位置锁定至上一次的delay_current，并在S218，通知发射端Alice完成针对单光子探测器的寻优。
应当理解，尽管图2 示出了根据本发明的示例性实施例的在基于COW量子密钥分发协议的量子通信系统中基于量子比特误码率进行寻优的示例，但是本发明并不限于此，根据需要，也可在基于其他量子密钥分发协议的量子通信系统中基于量子比特误码率进行寻优。
图3示出的是根据本发明的示例性实施例的基于量子比特误码率进行寻优的装置的示意性结构框图。
参照图3，图3所示的装置至少可包括光制备单元301、光发送单元302、光接收单元303、光探测单元304、偏置电压步进单元305、量子比特比对单元306、误码率计算单元307、偏置电压锁定单元308、门控信号步进单元309和门控信号锁定单元310。
光制备单元301可被配置为使用光学编码模块将量子比特信息制备到光源输出的光脉冲中，其中，光学编码模块包括强度调制器，强度调制器通过施加至强度调制器的强度调制电压衰减光脉冲的强度；光发送单元302可被配置为经由光纤或自由空间向接收端发射制备的光脉冲；光接收单元303可被配置为经由光纤或自由空间从发射端接收制备的光脉冲；光探测单元304可被配置为使用光学解码模块解码接收到的光脉冲中所携带的量子比特信息，其中，光学解码模块包括单光子探测器，单光子探测器通过施加至单光子探测器的门控信号探测接收到的光脉冲；偏置电压步进单元305可被配置为按照预定步长改变施加至强度调制器的偏置电压，以获取在各个偏置电压下通过解码得到的量子比特信息；量子比特比对单元306可被配置为将在各个偏置电压下通过解码得到的量子比特信息与用于制备的量子比特信息进行比较，以统计在各个偏置电压下通过解码得到的与用于制备的量子比特信息不一致的量子比特信息的数量；误码率计算单元307可被配置为基于在各个偏置电压下通过解码得到的与用于制备的量子比特信息不一致的量子比特信息的数量和用于制备的量子比特信息的数量之间的比值，确定在各个偏置电压下的量子比特误码率；偏置电压锁定单元308可被配置为将施加至强度调制器的偏置电压锁定至在各个偏置电压下的量子比特误码率中的最小值对应的偏置电压；门控信号步进单元309可被配置为按照预定步长改变施加至单光子探测器的门控信号的延时位置，以获取在门控信号的各个延时位置下通过解码得到的量子比特信息；量子比特比对单元306还可被配置为将在门控信号的各个延时位置下通过解码得到的量子比特信息与用于制备的量子比特信息进行比较，以统计在门控信号的各个延时位置下通过解码得到的与用于制备的量子比特信息不一致的量子比特信息的数量；误码率计算单元307还可被配置为基于在门控信号的各个延时位置下通过解码得到的与用于制备的量子比特信息不一致的量子比特信息的数量和用于制备的量子比特信息的数量之间的比值，确定在门控信号的各个延时位置下的量子比特误码率；门控信号锁定单元310可被配置为将施加至单光子探测器的门控信号的延时位置锁定至在门控信号的各个延时位置下的量子比特误码率中的最小值对应的门控信号的延时位置。
可见，使用图3示出的装置，不仅能够使得系统的量子比特误码率达到最小，而且还能够确保系统具备高的探测效率和准确性并且有效地避免由于杂散光的存在而导致的检测错误。
此外，根据本发明的示例性实施例还可提供一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质。该计算机可读存储介质存储有当被处理器执行时使得处理器执行根据本发明的示例性实施例的基于量子比特误码率进行寻优的方法的计算机程序。该计算机可读记录介质是可存储由计算机系统读出的数据的任意数据存储装置。计算机可读记录介质的示例包括：只读存储器、随机存取存储器、只读光盘、磁带、软盘、光数据存储装置和载波（诸如经有线或无线传输路径通过互联网的数据传输）。
此外，根据本发明的示例性实施例还可提供一种计算设备。该计算设备包括处理器和存储器。存储器用于存储计算机程序。所述计算机程序被处理器执行使得处理器执行根据本发明的示例性实施例的基于量子比特误码率进行寻优的方法的计算机程序。
尽管已参照优选实施例表示和描述了本申请，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本申请的精神和范围的情况下，可以对这些实施例进行各种修改和变换。
Claims (18)
1.一种基于量子比特误码率进行寻优的方法，其特征在于，包括：
使用光学编码模块将量子比特信息制备到光源输出的光脉冲中，其中，所述光学编码模块包括强度调制器，所述强度调制器通过施加至所述强度调制器的强度调制电压衰减光脉冲的强度；
经由光纤或自由空间向接收端发射制备的光脉冲；
经由光纤或自由空间从发射端接收制备的光脉冲；
使用光学解码模块解码接收到的光脉冲中所携带的量子比特信息，其中，所述光学解码模块包括单光子探测器，所述单光子探测器通过施加至所述单光子探测器的门控信号探测接收到的光脉冲；
按照第一预定步长改变施加至所述强度调制器的偏置电压，以获取在各个偏置电压下通过所述解码得到的量子比特信息；
将在各个偏置电压下通过所述解码得到的量子比特信息与用于所述制备的量子比特信息进行比较，以统计在各个偏置电压下通过所述解码得到的与用于所述制备的量子比特信息不一致的量子比特信息的数量；
基于在各个偏置电压下通过所述解码得到的与用于所述制备的量子比特信息不一致的量子比特信息的数量和用于所述制备的量子比特信息的数量之间的比值，确定在各个偏置电压下的量子比特误码率；
将施加至所述强度调制器的偏置电压锁定至在各个偏置电压下的量子比特误码率中的最小值对应的偏置电压；
按照第二预定步长改变施加至所述单光子探测器的门控信号的延时位置，以获取在所述门控信号的各个延时位置下通过所述解码得到的量子比特信息；
将在所述门控信号的各个延时位置下通过所述解码得到的量子比特信息与用于所述制备的量子比特信息进行比较，以统计在所述门控信号的各个延时位置下通过所述解码得到的与用于所述制备的量子比特信息不一致的量子比特信息的数量；
基于在所述门控信号的各个延时位置下通过所述解码得到的与用于所述制备的量子比特信息不一致的量子比特信息的数量和用于所述制备的量子比特信息的数量之间的比值，确定在所述门控信号的各个延时位置下的量子比特误码率；
将施加至所述单光子探测器的门控信号的延时位置锁定至在所述门控信号的各个延时位置下的量子比特误码率中的最小值对应的门控信号的延时位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述偏置电压为所述强度调制器在未施加所述强度调制电压时的工作电压。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述门控信号使得所述单光子探测器在与所述门控信号的高电平对应的时间窗口内处于开启状态，并且使得所述单光子探测器在与所述门控信号的低电平对应的时间窗口内处于关闭状态。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光学编码模块包括在所述发射端中，所述光学解码模块包括在所述接收端中。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述量子比特信息以光脉冲的偏振态、相位态和时间态中的至少一者制备到光脉冲中。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，包括所述发射端和所述接收端的量子通信系统为基于COW量子密钥分发协议的量子密钥分发系统。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述单光子探测器包括用于探测光脉冲的数据探测器以及用于监测光脉冲之间的相干性的监测探测器。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述光学解码模块通过所述数据探测器探测接收到的光脉冲。
9.一种基于量子比特误码率进行寻优的装置，其特征在于，包括：
光制备单元，被配置为使用光学编码模块将量子比特信息制备到光源输出的光脉冲中，其中，所述光学编码模块包括强度调制器，所述强度调制器通过施加至所述强度调制器的强度调制电压衰减光脉冲的强度；
光发送单元，被配置为经由光纤或自由空间向接收端发射制备的光脉冲；
光接收单元，被配置为经由光纤或自由空间从发射端接收制备的光脉冲；
光探测单元，被配置为使用光学解码模块解码接收到的光脉冲中所携带的量子比特信息，其中，所述光学解码模块包括单光子探测器，所述单光子探测器通过施加至所述单光子探测器的门控信号探测接收到的光脉冲；
偏置电压步进单元，被配置为按照第一预定步长改变施加至所述强度调制器的偏置电压，以获取在各个偏置电压下通过所述解码得到的量子比特信息；
量子比特比对单元，被配置为将在各个偏置电压下通过所述解码得到的量子比特信息与用于所述制备的量子比特信息进行比较，以统计在各个偏置电压下通过所述解码得到的与用于所述制备的量子比特信息不一致的量子比特信息的数量；
误码率计算单元，被配置为基于在各个偏置电压下通过所述解码得到的与用于所述制备的量子比特信息不一致的量子比特信息的数量和用于所述制备的量子比特信息的数量之间的比值，确定在各个偏置电压下的量子比特误码率；
偏置电压锁定单元，被配置为将施加至所述强度调制器的偏置电压锁定至在各个偏置电压下的量子比特误码率中的最小值对应的偏置电压；
门控信号步进单元，被配置为按照第二预定步长改变施加至所述单光子探测器的门控信号的延时位置，以获取在所述门控信号的各个延时位置下通过所述解码得到的量子比特信息；
量子比特比对单元，还被配置为将在所述门控信号的各个延时位置下通过所述解码得到的量子比特信息与用于所述制备的量子比特信息进行比较，以统计在所述门控信号的各个延时位置下通过所述解码得到的与用于所述制备的量子比特信息不一致的量子比特信息的数量；
误码率计算单元，还被配置为基于在所述门控信号的各个延时位置下通过所述解码得到的与用于所述制备的量子比特信息不一致的量子比特信息的数量和用于所述制备的量子比特信息的数量之间的比值，确定在所述门控信号的各个延时位置下的量子比特误码率；
门控信号锁定单元，被配置为将施加至所述单光子探测器的门控信号的延时位置锁定至在所述门控信号的各个延时位置下的量子比特误码率中的最小值对应的门控信号的延时位置。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述偏置电压为所述强度调制器在未施加所述强度调制电压时的工作电压。
11.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述门控信号使得所述单光子探测器在与所述门控信号的高电平对应的时间窗口内处于开启状态，并且使得所述单光子探测器在与所述门控信号的低电平对应的时间窗口内处于关闭状态。
12.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述光学编码模块包括在所述发射端中，所述光学解码模块包括在所述接收端中。
13.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述量子比特信息以光脉冲的偏振态、相位态和时间态中的至少一者制备到光脉冲中。
14.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，包括所述发射端和所述接收端的量子通信系统为基于COW量子密钥分发协议的量子密钥分发系统。
15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述单光子探测器包括用于探测光脉冲的数据探测器以及用于监测光脉冲之间的相干性的监测探测器。
16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述光学解码模块通过所述数据探测器探测接收到的光脉冲。
17.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其特征在于，当所述计算机程序被处理器执行时，实现权利要求1至8中任意一项所述的基于量子比特误码率进行寻优的方法。
18.一种计算设备，其特征在于，包括：
处理器；
存储器，存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现权利要求1至8中任意一项所述的基于量子比特误码率进行寻优的方法。
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