一种量子密钥分发系统相位补偿方法及相关装置与流程

本技术涉及量子通信，尤其涉及一种量子密钥分发系统相位补偿方法及相关装置。

背景技术：

1、量子密钥分发是一种基于量子力学原理实现对称密钥共享的技术，由于量子密钥分发协议的安全性由量子力学中的不确定性原理和不可克隆定理来保证，因此能够抵御任何形式的攻击，包括目前计算能力日益强大的量子计算机的攻击。基于量子密钥分发技术的量子保密通信，在军事、金融、政务、电力等领域得到了广泛应用。

2、在量子密钥分发系统中，通过光学干涉仪完成量子态编解码。干涉环稳定性是影响其实用性能的重要因素之一，除光纤自身固有的双折射效应外，环境造成的相位漂移也会严重影响密钥传输系统的性能，如环境干扰、机械振动、设备老化以及信道光纤的慢漂等，相位漂移会导致量子态的失真和误码率增加，进而影响密钥的生成和安全性，因此需要进行相位补偿跟踪来纠正这些相位偏差，相位补偿的原理基于对信号的相位偏移进行测量和校正。

3、现有技术多是采用结构装置、外界措施、偏移计算等被动补偿方法实现相位补偿，但是这些方法补偿速度太慢，且没有考虑相位编解码之间存在的固有相位误差，所以实际的补偿性能较差，不能满足相位补偿需求。

技术实现思路

1、本技术提供了一种量子密钥分发系统相位补偿方法及相关装置，用于解决现有技术补偿速度慢，且没有考虑相位编解码之间的固有相位误差，导致补偿性能较差的技术问题。

2、有鉴于此，本技术第一方面提供了一种量子密钥分发系统相位补偿方法，包括：

3、在相位扫描过程中，通过发送端相位调制器在以预设电压步长递增的每个预设补偿电压下发送多个量子光脉冲，生成发送端量子信号，所述预设补偿电压包括多个量子态相位；

4、通过接收端相位调制器根据所述量子态相位对应的时间位置探测所述发送端量子信号对应的探测计数；

5、基于所述量子态相位对所述探测计数进行求和操作，得到每个所述预设补偿电压对应的总探测计数；

6、将最大的所述总探测计数对应的所述预设补偿电压作为目标补偿电压，并将所述目标补偿电压加载在所述发送端相位调制器和所述接收端相位调制器中，实现相位动态补偿。

7、优选地，所述在相位扫描过程中，通过发送端相位调制器在以预设电压步长递增的每个预设补偿电压下发送多个量子光脉冲，生成发送端量子信号，之前还包括：

8、分别在发送端相位调制器和接收端相位调制器制备编码量子态和解码量子态，得到量子态相位，所述量子态相位包括编码量子态相位和解码量子态相位，且每个所述量子态相位对应一个时间位置。

9、优选地，所述通过接收端相位调制器根据所述量子态相位对应的时间位置探测所述发送端量子信号对应的探测计数，之后还包括：

10、根据所述探测计数计算条纹可见度；

11、基于所述条纹可见度计算本底误差；

12、依据所述本底误差评估量子态编码的性能。

13、优选地，所述条纹可见度的计算过程为：

14、

15、所述本底误差的计算过程为：

16、

17、其中，为所述条纹可见度，、分别为最大探测计数和最小探测计数，为所述本底误差。

18、本技术第二方面提供了一种量子密钥分发系统相位补偿装置，包括：

19、信号发送单元，用于在相位扫描过程中，通过发送端相位调制器在以预设电压步长递增的每个预设补偿电压下发送多个量子光脉冲，生成发送端量子信号，所述预设补偿电压包括多个量子态相位；

20、探测计数单元，用于通过接收端相位调制器根据所述量子态相位对应的时间位置探测所述发送端量子信号对应的探测计数；

21、求和计算单元，用于基于所述量子态相位对所述探测计数进行求和操作，得到每个所述预设补偿电压对应的总探测计数；

22、相位补偿单元，用于将最大的所述总探测计数对应的所述预设补偿电压作为目标补偿电压，并将所述目标补偿电压加载在所述发送端相位调制器和所述接收端相位调制器中，实现相位动态补偿。

23、优选地，还包括：

24、量子态制备单元，用于分别在发送端相位调制器和接收端相位调制器制备编码量子态和解码量子态，得到量子态相位，所述量子态相位包括编码量子态相位和解码量子态相位，且每个所述量子态相位对应一个时间位置。

25、优选地，还包括误差评估单元，具体用于：

26、根据所述探测计数计算条纹可见度；

27、基于所述条纹可见度计算本底误差；

28、依据所述本底误差评估量子态编码的性能。

29、本技术第三方面提供了一种量子密钥分发系统相位补偿设备，所述设备包括处理器以及存储器；

30、所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；

31、所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行第一方面所述量子密钥分发系统相位补偿方法。

32、本技术第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质用于存储程序代码，所述程序代码用于执行第一方面所述量子密钥分发系统相位补偿方法。

33、本技术第五方面提供了一种量子密钥分发系统相位补偿系统，用于实现第一方面任一项所述量子密钥分发系统相位补偿方法，包括：激光器、量子态编码模块、光衰减器、发送端环形器、编码驱动、量子态解码模块、接收端环形器、光子探测器、解码驱动和控制器；

34、所述激光器用于产生窄脉冲光源，并对所述窄脉冲光源进行随机强度调制，所述窄脉冲光源包括信号态和诱骗态；

35、所述量子态编码模块用于将所述窄脉冲光源转化为干涉光路，并基于目标补偿电压对光信号进行相位调制；

36、所述量子态解码模块用于将接收的光信号转化为干涉光路，并基于目标补偿电压对光信号进行相位解调；

37、所述发送端环形器和所述接收端环形器均用于防止特洛伊木马攻击；

38、所述编码驱动和所述解码驱动均用于光信号放大；

39、所述控制器分别控制所述激光器、所述光衰减器、所述编码驱动、所述光子探测器和所述解码驱动。

40、从以上技术方案可以看出，本技术实施例具有以下优点：

41、本技术中，提供了一种量子密钥分发系统相位补偿方法，包括：在相位扫描过程中，通过发送端相位调制器在以预设电压步长递增的每个预设补偿电压下发送多个量子光脉冲，生成发送端量子信号，预设补偿电压包括多个量子态相位；通过接收端相位调制器根据量子态相位对应的时间位置探测发送端量子信号对应的探测计数；基于量子态相位对探测计数进行求和操作，得到每个预设补偿电压对应的总探测计数；将最大的总探测计数对应的预设补偿电压作为目标补偿电压，并将目标补偿电压加载在发送端相位调制器和接收端相位调制器中，实现相位动态补偿。

42、本技术提供的量子密钥分发系统相位补偿方法，通过改进的主动补偿方法实现对相位的动态补偿，在相位扫描过程中联合相位编解码机制进行相位补偿电压确定，考虑了动态补偿在实际量子密钥分发过程中的固有误差和相位漂移问题，使得目标补偿电压更加精准，补偿速度更快，误码率更低，补偿性能更好。因此，本技术能够解决现有技术补偿速度慢，且没有考虑相位编解码之间的固有相位误差，导致补偿性能较差的技术问题。