本地本振连续变量量子密钥分发系统相位补偿方法及系统

1.本发明涉及相位补偿的技术领域，具体地，涉及一种本地本振连续变量量子密钥分发系统相位补偿方法及系统，尤其是，优选的涉及一种基于判决指示锁相环算法的本地本振连续变量量子密钥分发系统的相位补偿方法。


背景技术：

2.现如今，社会的信息化程度越来越高，各行各业对信息技术的需求也与日俱增，数字信息已全方位覆盖了军事邻域和金融证券等民用邻域。随着科学技术的不断进步和经济实力的不断攀升，信息的价值也在不断增加并远超以往。与此同时，人们对信息的安全性也有了更高的要求。然而，在当今社会，信息泄露的事件层出不穷，信息泄露带来的危害愈加严重，由于非法窃听者的存在，大量信息在信息传输的过程中被监听、窃取乃至篡改，这些非法行为无论是对个人还是对社会甚至对国家都造成了恶劣的影响。因此，确保信息的安全传输就变得尤为重要。
3.合法通信双方通过密钥将所需要传递的信息进行加密能够使得第三方窃听信息的难度加大，密钥的安全性决定了上述保密通信过程的安全性。量子密钥分发基于量子不可克隆、量子测不准关系等量子力学原理，可实现理论上无条件安全的密钥分发，是近年来研究的热点。量子密钥分发按照加载密钥的物理量不同可分为离散变量类及连续变量类协议两大主要技术途径。经过近年来的发展，离散变量量子密钥分发(dvqkd，discrete-variable quantum key distribution)技术己经比较成熟，可以实现相对连续变量量子密钥分发更长的传输距离，但是在制备和探测单光子信号方面比较困难，不仅实现复杂，难以制备，而且花费成本高，价格昂贵。
4.连续变量量子密钥分发(continuous variable quantum key distribution，cvqkd)技术因其在信道容量、与现有光通信良好融合性以及抗背景光干扰等方面具有良好的优势，目前受到国内外广泛关注。cvqkd按照所用光源不同，可分为相干态、压缩态、纠缠态三类协议。相比于其他两种实现方式，相干态制备比较简单，因此相干态cvqkd系统是目前广受关注的系统。在制备和探测相干态时可以利用传统光通信器件，不再需要使用价格高昂结构复杂的单光子光源和专用探测器。所以在实现相干态cvqkd的过程中，可以充分利用光纤通信多年来的发展积累，具有显著的成本优势和较高的长期可靠性。
5.按照量子态调制格式的不同，cvqkd技术可分为高斯调制(gmcs)和离散调制方案(dmcs)。高斯调制可以保证合法通信双方达到接近信道容量的互信息量，因此cvqkd技术中最常使用高斯调制。但高斯调制在实际实现时也有技术上的难度。一方面，发送端要对量子态在相空间进行高精度连续调制；另一方面，接收端要使用高精度探测器实现解调，因此高斯调制cvqkd系统难以用现有的光通信器件直接实现，这显著增加了高斯调制系统的实现难度和成本。与高斯调制方案相比，离散调制方案结合了经典光通信中的编解码技术，调制维度是有限的，因此调制速率快、后处理协商简单，可以结合经典光通信系统实现高速密钥分发，是近年来的研究热点。
6.公开号为cn104301101a的中国发明专利文献公开了一种量子密钥分发系统相位补偿方法，包括：步骤a：相位估计步骤，利用求互相关方式计算相位漂移的角度；步骤b：相位补偿步骤，根据所估计的相位漂移值，对数据进行相位补偿。
7.为了保障cvqkd实际实现的安全性，同时进一步提高cvqkd的实际性能，本地本振cvqkd方案应运而生。在该方案中，发送端使用同一个光源制备参考脉冲和相干态量子信号，而接收端使用本地本振光对参考脉冲和量子信号进行探测，并根据参考脉冲提供的参考相位信息对量子信号进行相位补偿。由于接收端的本地本振光不会被窃听者控制，因此该方案可以规避所有针对本振光的攻击，并且接收端可以稳定地控制散粒噪声水平，实现高效的平衡零差探测。本地本振cvqkd方案具有安全性高、容易到达散粒噪声极限、易于系统集成和大规模实施等优点。
8.针对上述中的相关技术，发明人认为本地本振cvqkd方案由于总体过噪声偏大导致本地本振方案安全传输距离不长，安全码率受限。除此之外，本地本振cvqkd方案中本振光与量子信号光源自不同激光器，因此量子信号在相干检测过程中会受到频率偏移和相位噪声影响，需要进行载波恢复实现收发端同步。因此实现本地本振cvqkd方案中量子信号的相位补偿是很有意义的。


技术实现要素：

9.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种本地本振连续变量量子密钥分发系统相位补偿方法及系统。
10.根据本发明提供的一种本地本振连续变量量子密钥分发系统相位补偿方法，包括如下步骤：
11.步骤s1：发送端产生本地本振连续变量量子密钥分发系统中的量子信号；
12.步骤s2：量子信号通过信道传输；
13.步骤s3：接收端接收从信道传输的量子信号，使用判决指示锁相环算法对量子信号进行相位补偿。
14.优选的，在所述步骤s1中，发送端制备n个量子相干态，量子相干态调制方式为四态离散调制。
15.优选的，所述步骤s1包括如下步骤：
16.步骤s1.1：发送端从{1，2，3，4}四个数字中等概率随机选取一个数字，并将第k次随机选取的数字记为ak；
17.步骤s1.2：重复选取n次构成长度为n的随机序列，依据该随机序列制备n个相干态并记为其中，|αk》表示第k个相干态；α表示相干态的幅度；j表示虚数单位，e表示自然常数；π表示圆周率。
18.优选的，在所述步骤s2中，接收端使用外差探测的方式测量量子信号的正则位置分量和正则动量分量；
19.在所述步骤s3中，接收端对探测到的正则位置分量和正则动量分量进行相干解调。
20.优选的，所述步骤s3包括如下步骤：
21.步骤s3.1：获取初始相位，并用初始相位补偿相干解调后的正则分量的相位噪声；
22.步骤s3.2：对当前符号yk进行相位旋转，得到相位恢复后的信号其中，yk表示第k个相干解调后的正则位置分量xk和正则动量分量pk组成的符号，表示估计得到的第k个符号的相位噪声；
23.步骤s3.3：对相位恢复后的信号进行判决得到其中，是复数{1+1j，1-1j，-1+1j，-1-1j}中的一个；
24.步骤s3.4：计算和的相位误差：
[0025][0026]
其中，φ
error
(k)表示第k个相位恢复后的信号与判决信号的相位误差；表示对进行取共轭操作；im{
·
}表示取虚部操作；|
·
|表示取幅值操作；
[0027]
步骤s3.5：计算下一个解调后的符号y
k+1
的相位噪声：
[0028][0029]
φ
δ
(k+1)＝g
p
·
φ
error
(k)+φi(k)
[0030]
φi(k)＝φi(k-1)+.gi·
φ
error
(k)
[0031]
其中，表示第k+1个符号的相位噪声；φ
δ
(k+1)表示一阶相位噪声跟踪补偿值；φi(k)表示二阶相位噪声跟踪补偿值；g
p
表示一阶可变步长参数；gi表示二阶可变步长参数；
[0032]
步骤s3.6：重复步骤s3.2至步骤s3.5，直至所有信号完成相位补偿。
[0033]
根据本发明提供的一种本地本振连续变量量子密钥分发系统相位补偿系统，包括如下模块：
[0034]
模块m1：发送端产生本地本振连续变量量子密钥分发系统中的量子信号；
[0035]
模块m2：量子信号通过信道传输；
[0036]
模块m3：接收端接收从信道传输的量子信号，使用判决指示锁相环算法对量子信号进行相位补偿。
[0037]
优选的，在所述模块m1中，发送端制备n个量子相干态，量子相干态调制方式为四态离散调制。
[0038]
优选的，所述模块m1包括如下模块：
[0039]
模块m1.1：发送端从{1，2，3，4}四个数字中等概率随机选取一个数字，并将第k次随机选取的数字记为ak；
[0040]
模块m1.2：重复选取n次构成长度为n的随机序列，依据该随机序列制备n个相干态并记为其中，|αk》表示第k个相干态；α表示相干态的幅度；ak表示第k个随机数字；j表示虚数单位；e表示自然常数；π表示圆周率。
[0041]
优选的，在所述模块m2中，接收端使用外差探测的方式测量量子信号的正则位置分量和正则动量分量；
[0042]
在所述步骤s3中，接收端对探测到的正则位置分量和正则动量分量进行相干解
调。
[0043]
优选的，所述模块m3包括如下模块：
[0044]
模块m3.1：获取初始相位，并用初始相位补偿相干解调后的正则分量的相位噪声；
[0045]
模块m3.2：对当前符号yk进行相位旋转，得到相位恢复后的信号其中，yk表示第k个相干解调后的正则位置分量xk和正则动量分量pk组成的符号，表示估计得到的第k个符号的相位噪声；
[0046]
模块m3.3：对相位恢复后的信号进行判决得到其中，是复数{1+1j，1-1j，-1+1j，-1-1j}中的一个；
[0047]
模块m3.4：计算和的相位误差：
[0048][0049]
其中，φ
error
(k)表示第k个相位恢复后的信号与判决信号的相位误差；表示对进行取共轭操作；im{
·
}表示取虚部操作；|
·
|表示取幅值操作；
[0050]
模块m3.5：计算下一个解调后的符号y
k+1
的相位噪声：
[0051][0052]
φ
δ
(k+1)＝g
p
·
φ
error
(k)+φi(k)
[0053]
φi(k)＝φi(k-1)+gi·
φ
error
(k)
[0054]
其中，表示第k+1个符号的相位噪声；φ
δ
(k+1)表示一阶相位噪声跟踪补偿值；φi(k)表示二阶相位噪声跟踪补偿值；g
p
表示一阶可变步长参数；gi表示二阶可变步长参数；
[0055]
模块m3.6：重复模块m3.2至模块m3.5，直至所有信号完成相位补偿。
[0056]
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
[0057]
1、由于本地本振连续变量量子密钥分发方案中本振光与量子信号光源自不同激光器，因此量子信号在相干检测过程中会受到频率偏移和相位噪声影响，需要进行载波恢复实现收发端同步，本发明可以方便地实现对本地本振连续变量量子密钥分发中量子信号的相位补偿；
[0058]
2、本发明与现有的本地本振连续变量量子密钥分发系统的相位补偿方法相比，本发明基于纯软件对量子信号进行数据处理，因此不需要额外的物理器件，并且无需修改现有的本地本振连续变量量子密钥分发系统的光路；
[0059]
3、本发明适用于各类离散调制格式的量子信号，并且可以实现对相位噪声的自适应跟踪，可以利用前一个信号的相位噪声对当前信号的相位噪声进行估计。同时，该方案还具有实现简单、成本低的优点。
附图说明
[0060]
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：
[0061]
图1为本发明提出的一种基于判决指示锁相环算法的本地本振连续变量量子密钥分发系统的相位补偿方法的示意图。
具体实施方式
[0062]
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。
[0063]
本发明实施例公开了一种基于判决指示锁相环算法的本地本振连续变量量子密钥分发系统的相位补偿方法，如图1所示，包括以下步骤：
[0064]
步骤s1，产生本地本振连续变量量子密钥分发系统中的量子信号；即产生量子信号；发送端制备n个量子相干态，并通过量子信道将这n个相干态传送给接收端。
[0065]
步骤s1中的量子态调制方式是四态离散调制，发送端相干态的制备方法如下，即量子信号调制为四态离散调制，相干态调制方法为：
[0066]
步骤s1.1，发送端从{1，2，3，4}这四个数中等概率随机选取一个数字，并将第k次随机选取的数字记为ak。
[0067]
步骤s1.2，重复选取n次构成长度为n的随机序列，依据此随机序列制备n个相干态并记为其中：|αk》表示第k个相干态；α表示相干态的幅度，是一个实数；ak表示第k个随机数字，是0、1、2、3中的一个。i表示虚数单位；e表示自然常数；π表示圆周率。
[0068]
步骤s2，调制量子信号并通过信道传输，对量子信号进行检测；接收端用外差探测的方式测量量子信号的位置和动量两个正则分量；即接收端用外差探测器对量子信号的两个正则分量进行探测。
[0069]
步骤s3，接收端使用判决指示锁相环算法对量子信号进行相位补偿；即对量子信号进行相位补偿；接收端对探测到的两个正则分量信息进行相干解调后，用判决指示锁相环算法对量子信号进行相位补偿。
[0070]
步骤s3中使用判决指示锁相环对量子信号进行相位补偿的方法如下：即，在本地本振连续变量量子密钥分发系统中使用判决指示锁相环算法对量子信号进行相位补偿的方法为：
[0071]
步骤s3.1，公开部分发送端原始信息用于消除初始相位的影响。另一部分原始信息不被公开，不用于后续相位噪声估计。发送端原始信息是指发送端的信息序列，如果发送端在步骤s1.1中随机选取到数字1，那么发送端对应的同相支路和正交支路这两路原始信息分别是-1和-1；如果随机选取到数字2，那么原始信息分别是1和-1；如果随机选取到数字3，那么原始信息分别是-1和1；如果随机选取到数字4，那么原始信息分别是1和1。初始相位是公开的部分原始信息与相干解调后得到的正则分量信息的相位差求和得到的，并用初始相位初步补偿相干解调后的正则分量的相位噪声。
[0072]
步骤s3.2，对当前符号yk进行相位旋转，得到相位恢复后的信号其中，
yk表示第k个相干解调后的正则位置分量xk和正则动量分量pk组成的符号，yk是一个复数，即yk＝xk+j
·
pk，其中，j表示虚数单位；表示估计得到的第k个符号的相位噪声。
[0073]
步骤s3.3，对相位恢复后的信号进行判决得到进行判决得到是复数{1+1j，1-1j，-1+1j，-1-1j}中的一个。其中，j表示虚数单位。
[0074]
步骤s3.4，计算和的相位误差，具体计算如下：
[0075][0076]
其中，φ
error
(k)是第k个相位恢复后的信号与判决信号的相位误差；是对进行取共轭操作；是相位恢复后的信号；im{.}是取虚部操作；|
·
|是取幅值操作。
[0077]
步骤s3.5，计算下一个解调后的符号y
k+1
的相位噪声，具体计算如下：
[0078][0079]
φ
δ
(k+1)＝g
p
·
φ
error
(k)+φi(k)
[0080]
φi(k)＝φi(k-1)+gi·
φ
error
(k)
[0081]
其中，是第k+1个符号的相位噪声；φ
δ
(k+1)是一阶相位噪声跟踪补偿值；φi(k)是二阶相位噪声跟踪补偿值；g
p
是一阶可变步长参数；gi表示二阶可变步长参数。
[0082]
图1中，z-1
表示延时模块，表示对某一参数进行一个单位的延迟，即取上一个时刻的参数值。估计得到的第k个符号的相位噪声经过延时模块z-1
后的输出为二阶相位噪声跟踪补偿值φi(k)经过延时模块z-1
后的输出为φi(k-1)。
[0083]
步骤s3.6，重复步骤s3.2至步骤s3.5，直至所有信号都完成相位补偿。
[0084]
以下基于上述的系统和方法，提供具体应用实例：
[0085]
产生频率为10mhz的qpsk信号，分为同相分量信号(i路信号)和正交分量信号(q路信号)，将信号加载在100mhz的载波上并生成波形文件。将波形文件输入任意波形发生器(awg)，awg的最高频率为5ghz，awg输出的波形信号输入到发送端的iq光发射模块。信号经过加入了衰减之后的光纤信道进行传输。qpsk的英文全称为quadrature phase shift keying，中文译文为正交相移键控。
[0086]
接收端用相干接收模块对信号进行量子极限探测，探测到的信号完成相干解调之后进行相位补偿操作。首先公开一部分发送端原始的信息作为训练序列用于消除初始相位的影响。对当前量子信号进行相位噪声补偿，并将补偿后的信号判决到{1+1j，1-1j，-1+1j，-1-1j}中的一个。计算补偿后的信号与判决信号的相位差，用相位差信息来迭代估计下一个量子信号的相位噪声；当所有信号输出完成，对量子信号的相位补偿结束。
[0087]
本地本振连续变量量子密钥分发方案中本振光与量子信号光源自不同激光器，因此量子信号在相干检测过程中会受到频率偏移和相位噪声影响，需要进行载波恢复实现收发端同步，因此本发明提供了一种基于判决指示锁相环算法的本地本振连续变量量子密钥分发系统的相位补偿方法，可以方便地实现对本地本振连续变量量子密钥分发中量子信号的相位补偿。本发明将判决指示锁相环算法与本地本振连续变量量子密钥分发系统相结合
完成对信号相位补偿，提出的相位噪声补偿方案适用于各类离散调制格式的量子信号，并且可以实现对相位噪声的自适应跟踪，可以利用前一个信号的相位噪声对当前信号的相位噪声进行估计。
[0088]
本发明还提供一种本地本振连续变量量子密钥分发系统相位补偿系统，所述本地本振连续变量量子密钥分发系统相位补偿系统可以通过执行所述本地本振连续变量量子密钥分发系统相位补偿方法的流程步骤予以实现，即本领域技术人员可以将所述本地本振连续变量量子密钥分发系统相位补偿方法理解为所述本地本振连续变量量子密钥分发系统相位补偿系统的优选实施方式。
[0089]
该系统，包括如下模块：
[0090]
模块m1：发送端产生本地本振连续变量量子密钥分发系统中的量子信号。发送端制备n个量子相干态，量子相干态调制方式为四态离散调制。
[0091]
模块m1包括如下模块：
[0092]
模块m1.1：发送端从{1，2，3，4}这四个数字中等概率随机选取一个数字，并将第k次随机选取的数字记为ak。
[0093]
模块m1.2：重复选取n次构成长度为n的随机序列，依据该随机序列制备n个相干态并记为其中，|αk》表示第k个相干态；α表示相干态的幅度；ak表示第k个随机数字；j表示虚数单位；e表示自然常数；π表示圆周率。
[0094]
模块m2：量子信号通过信道传输。接收端使用外差探测的方式测量量子信号的位置和动量这两个正则分量。
[0095]
模块m3：接收端接收从信道传输的量子信号，使用判决指示锁相环算法对量子信号进行相位补偿。接收端对探测到的两个正则分量信息进行相干解调。
[0096]
模块m3包括如下模块：
[0097]
模块m3.1：公开部分发送端原始信息用于消除初始相位的影响；另一部分原始信息不被公开，不用于后续相位噪声估计。发送端原始信息是指发送端的信息序列，如果发送端在步骤s1.1中随机选取到数字1，那么发送端对应的同相支路和正交支路这两路原始信息分别是-1和-1；如果随机选取到数字2，那么原始信息分别是1和-1；如果随机选取到数字3，那么原始信息分别是-1和1；如果随机选取到数字4，那么原始信息分别是1和1。初始相位是公开的部分原始信息与相干解调后得到的正则分量信息的相位差求和得到的，并用初始相位初步补偿相干解调后的正则分量的相位噪声。
[0098]
模块m3.2：对当前符号yk进行相位旋转，得到相位恢复后的信号其中，yk表示第k个相干解调后的正则位置分量xk和正则动量分量pk组成的符号，yk是一个复数，即yk＝xk+j
·
pk，其中，j表示虚数单位；表示估计得到的第k个符号的相位噪声。
[0099]
模块m3.3：对相位恢复后的信号进行判决得到其中，是复数{1+1j，1-1j，-1+1j，-1-1j}中的一个；其中，j表示虚数单位。
[0100]
模块m3.4：计算和的相位误差：
[0101][0102]
其中，φ
error
(k)表示第k个相位恢复后的信号与判决信号的相位误差；表示对进行取共轭操作；im{
·
}表示取虚部操作；|
·
|表示取幅值操作。
[0103]
模块m3.5：计算下一个解调后的符号yk+1的相位噪声：
[0104][0105]
φ
δ
(k+1)＝g
p
·
φ
error
(k)+φi(k)
[0106]
φi(k)＝φi(k-1)+gi·
φ
error
(k)
[0107]
其中，表示第k+1个符号的相位噪声；φ
δ
(k+1)表示一阶相位噪声跟踪补偿值；φi(k)表示二阶相位噪声跟踪补偿值；g
p
表示一阶可变步长参数；gi表示二阶可变步长参数。
[0108]
模块m3.6：重复模块m3.2至模块m3.5，直至所有信号完成相位补偿。
[0109]
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及其各个装置、模块、单元以外，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及其各个装置、模块、单元以逻辑门、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功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元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功能的装置、模块、单元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装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
[0110]
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，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

技术特征：
1.一种本地本振连续变量量子密钥分发系统相位补偿方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤s1：发送端产生本地本振连续变量量子密钥分发系统中的量子信号；步骤s2：量子信号通过信道传输；步骤s3：接收端接收从信道传输的量子信号，使用判决指示锁相环算法对量子信号进行相位补偿。2.根据权利要求1所述的基于本地本振连续变量量子密钥分发系统相位补偿方法，其特征在于，在所述步骤s1中，发送端制备n个量子相干态，量子相干态调制方式为四态离散调制。3.根据权利要求1所述的本地本振连续变量量子密钥分发系统相位补偿方法，其特征在于，所述步骤s1包括如下步骤：步骤s1.1：发送端从{1，2，3，4}四个数字中等概率随机选取一个数字，并将第k次随机选取的数字记为a
k
；步骤s1.2：重复选取n次构成长度为n的随机序列，依据该随机序列制备n个相干态并记为其中，|
k
>表示第k个相干态；α表示相干态的幅度；j表示虚数单位，e表示自然常数；π表示圆周率。4.根据权利要求1所述的本地本振连续变量量子密钥分发系统相位补偿方法，其特征在于，在所述步骤s2中，接收端使用外差探测的方式测量量子信号的正则位置分量和正则动量分量；在所述步骤s3中，接收端对探测到的正则位置分量和正则动量分量进行相干解调。5.根据权利要求1所述的本地本振连续变量量子密钥分发系统相位补偿方法，其特征在于，所述步骤s3包括如下步骤：步骤s3.1：获取初始相位，并用初始相位补偿相干解调后的正则分量的相位噪声；步骤s3.2：对当前符号y
k
进行相位旋转，得到相位恢复后的信号其中，y
k
表示第k个相干解调后的正则位置分量x
k
和正则动量分量p
k
组成的符号，表示估计得到的第k个符号的相位噪声；步骤s3.3：对相位恢复后的信号进行判决得到其中，是复数{1+1j，1-1j，-1+1j，-1-1j}中的一个；步骤s3.4：计算和的相位误差：其中，φ
error
(k)表示第k个相位恢复后的信号与判决信号的相位误差；表示对进行取共轭操作；im{
·
}表示取虚部操作；|
·
|表示取幅值操作；步骤s3.5：计算下一个解调后的符号y
k+1
的相位噪声：φ
δ
(k+1)＝
p
·
error
(k)+
i
(k)
φ
i
(k)＝
i
(k-1)+
i
·
error
(k)其中，表示第k+1个符号的相位噪声；φ
δ
(+1)表示一阶相位噪声跟踪补偿值；φ
i
(k)表示二阶相位噪声跟踪补偿值；g
p
表示一阶可变步长参数；g
i
表示二阶可变步长参数；步骤s3.6：重复步骤s3.2至步骤s3.5，直至所有信号完成相位补偿。6.一种本地本振连续变量量子密钥分发系统相位补偿系统，其特征在于，包括如下模块：模块m1：发送端产生本地本振连续变量量子密钥分发系统中的量子信号；模块m2：量子信号通过信道传输；模块m3：接收端接收从信道传输的量子信号，使用判决指示锁相环算法对量子信号进行相位补偿。7.根据权利要求6所述的基于本地本振连续变量量子密钥分发系统相位补偿系统，其特征在于，在所述模块m1中，发送端制备n个量子相干态，量子相干态调制方式为四态离散调制。8.根据权利要求6所述的本地本振连续变量量子密钥分发系统相位补偿系统，其特征在于，所述模块m1包括如下模块：模块m1.1：发送端从{1，2，3，4}四个数字中等概率随机选取一个数字，并将第k次随机选取的数字记为a
k
；模块m1.2：重复选取n次构成长度为n的随机序列，依据该随机序列制备n个相干态并记为其中，|
k
>表示第k个相干态；α表示相干态的幅度；a
k
表示第k个随机数字；j表示虚数单位；e表示自然常数；π表示圆周率。9.根据权利要求6所述的本地本振连续变量量子密钥分发系统相位补偿系统，其特征在于，在所述模块m2中，接收端使用外差探测的方式测量量子信号的正则位置分量和正则动量分量；在所述步骤s3中，接收端对探测到的正则位置分量和正则动量分量进行相干解调。10.根据权利要求6所述的本地本振连续变量量子密钥分发系统相位补偿系统，其特征在于，所述模块m3包括如下模块：模块m3.1：获取初始相位，并用初始相位补偿相干解调后的正则分量的相位噪声；模块m3.2：对当前符号y
k
进行相位旋转，得到相位恢复后的信号其中，y
k
表示第k个相干解调后的正则位置分量x
k
和正则动量分量p
k
组成的符号，表示估计得到的第k个符号的相位噪声；模块m3.3：对相位恢复后的信号进行判决得到其中，是复数{1+1j，1-1j，-1+1j，-1-1j}中的一个；模块m3.4：计算和的相位误差：
其中，φ
error
(k)表示第k个相位恢复后的信号与判决信号的相位误差；表示对进行取共轭操作；im{
·
}表示取虚部操作；|
·
|表示取幅值操作；模块m3.5：计算下一个解调后的符号y
k+1
的相位噪声：φ
δ
(k+1)＝
p
·
error
(k)+
i
(k)φ
i
(k)＝
i
(k-1)+
i
·
error
(k)其中，表示第k+1个符号的相位噪声；φ
δ
(+1)表示一阶相位噪声跟踪补偿值；φ
i
(k)表示二阶相位噪声跟踪补偿值；g
p
表示一阶可变步长参数；g
i
表示二阶可变步长参数；模块m3.6：重复模块m3.2至模块m3.5，直至所有信号完成相位补偿。

技术总结
本发明提供了一种本地本振连续变量量子密钥分发系统相位补偿方法及系统，包括如下步骤：步骤S1：发送端产生本地本振连续变量量子密钥分发系统中的量子信号；步骤S2：量子信号通过信道传输；步骤S3：接收端接收从信道传输的量子信号，使用判决指示锁相环算法对量子信号进行相位补偿。本发明可以方便地实现对本地本振连续变量量子密钥分发中量子信号的相位补偿。补偿。补偿。


技术研发人员：黄鹏 廖晓娟 曾贵华
受保护的技术使用者：上海交通大学
技术研发日：2023.06.30
技术公布日：2023/10/15