技术领域

[0001]本发明涉及量子保密通信密钥分发领域相位调制器半波电压的测量，更具体地，涉及到一种基于单光子水平扫描的发送有限光子脉冲条件下提高相位调制器半波电压测量可信度的方法。    

背景技术  

[0002]量子保密通信即量子密码术，是量子信息学一个重要的研究分支，也是目前量子信息学中最接近于实用的一个新兴技术。由量子力学的基本原理保证了通信过程中的绝对安全，使量子通信技术在信息安全方面拥有了经典通信技术无法比拟的优势与前景，特别是在军事、商业保密等高机密行业有着广泛的用途。量子密钥分发系统通过量子信道（如光纤）分发一组随机密钥，这组随机密钥用来加解密所需传送的信息，经加密的信息可通过任何无保护的通信信道进行传输。在编码方案方面，根据携带量子信息物理量的不同，主要有偏振编码、相位编码、连续变量编码等方案，相比偏振编码来说，光子信号在光纤中传输时其相位信息更易保持，因此绝大多数现有的光纤量子密码系统都采用相位编码方案实现。    

[0003]基于相位编码的量子密钥分发，其密钥信息的加载及主动相位补偿都与相位调制器的半波电压有关，半波电压测量的可信度直接影响量子密钥分发的误码率。相位调制器半波电压是指当相移为π时所需调制的电压，测量方法主要有光通信模拟法、极值测量法、倍频调制法，上述方法均采用强光信号进行测量，而在量子通信系统中实际采用单光子水平的光脉冲进行通信，由于半波电压测量与实际通信时的条件不同，导致上述方法测得的半波电压在量子通信中精度不高，用于量子密钥分发时具有较高的误码率。目前用于量子保密通信基于单光子水平的半波电压精确测量方法有多种被提出并得到实际应用，如基于萨尼亚克光纤干涉仪的测量方法、基于确定性量子密钥分发误码判据的测定方法等。这些方法有效提高了半波电压测量精度，但在测量过程中，由于光子计数的统计起伏，测量数据有所波动，其测量结果存在置信度的问题。在实际半波电压测量中，受探测器光子探测效率及相位漂移的影响，常采用发送有限光子脉冲数进行半波电压相位扫描。2004年，VadimMakarov等人在进行基于单光子水平的相位漂移参数扫描时，针对光子计数统计起伏对测量结果可信度的影响，分析了在给定相位精度条件下，为使测量结果达到一定可信度，所需探测的光子数，但该方法只涉及在同一相位扫描点上光子计数起伏对测量结果的影响，未涉及在不同相位扫描点间由于光子计数统计起伏，其光子统计结果存在重叠区间对测量结果影响这一问题。    

发明内容    

[0004]本发明的目的是为解决光子计数统计起伏对半波电压测量可信度的影响，具体为在给定精度要求条件下，光子计数统计起伏对半波电压测量过程中同一相位扫描点光子计数分布区间的影响及不同相位扫描点间光子计数分布区间重叠的现象；提供了一种在发送有限光子脉冲条件下提高相位调制器半波电压测量可信度的方法，该方法有效解决光子计3数统计起伏对半波电压测量可信度的影响，对半波电压的精确测量具有重要意义，能够作为基于单光子水平扫描半波电压测量结果可信度的参考依据。    

[0005]为了实现上述目的，本发明的技术方案为：    

[0006]一种用于提高相位调制器半波电压测量可信度的方法，包括以下步骤：    

[0007]S1.设置单个相位扫描点所需发送的光子脉冲数N；    

[0008]S2.根据通信系统设置相关参数，包含平均每脉冲光子数μ、传输衰减率λ及探测器的平均探测效率η，分析计算每个光子从发送端到达探测器的概率x及探测器探测到光子的概率p；    

[0009]S3.设置不完善干涉引起的误码率阈值QBER和半波电压测量可信度y；opt    

[0010]S4.根据误码率阈值QBER计算出相位误差并计算出起始相位角opt    

[0011]S5.根据下式计算出达到半波电压测量可信度y，且误码率阈值QBER时所需探opt测到的光子数目k，    

[0012]S6.进行半波电压的扫描测量，验证探测器所探测的光子数是否达到探测光子数目k的探测要求；在半波电压扫描周期内，两探测器在各计数最高点其光子计数均在k以上，则满足探测要求，执行步骤S7；否则返回再次执行步骤S6；    

[0013]S7.对两探测器计数最高点对应的加载电压进行差值计算，得到相位调制器半波电压。    

[0014]上述步骤S6是利用Matlab软件仿真分析探测光子数目k与半波电压测量置信度y的关系，相干光子计数服从二项分布，具体为[0015]步骤S7是以步骤S6所得结果为依据，进行半波电压的扫描测量，干涉系统两个单光子探测器的计数值呈互补关系，在半波电压扫描周期内，如两探测器均探测到已设置信度对应光子计数区间内的计数值，其值所对应的加载电压差即为半波电压。如未探测到已设置信度对应光子计数区间内的计数值，则进行循环扫描。3[0016]更进一步，所述步骤S1中光子脉冲数N大于1×10。光子统计的特征一般要选择在1×103以上才能够体现出来，在实际中，光子脉冲数N越大越好，但是考虑到其相位漂移等，光子脉冲数需选择一个较合适的数据。[0017]更进一步，所述步骤S2中每个光子从发送端到达探测器的概率x为x=μη（1-λ）。[0018]更进一步，所述μ的范围为0-1，λ的范围为0-1，η的范围为0-1。[0019]更进一步，μ的取值为0.1或0.2，η的取值为10%-25%。[0020]更进一步，所述误码率阈值QBER为0-11.5%。根据量子保密通信系统的性能参opt数（如暗计数率、相位漂移率等），确定由不完善的干涉或偏振对比度所引起的允许量子误码率QBER的阈值。opt4    

[0021]更进一步，所述步骤S4中误码率阈值QBER与相位误差（即相位精度）的关系opt式为：    

[0022]更进一步，所述探测器探测到光子的概率p是不同驱动电压加载情况下探测器探测到光子的概率，光子计数干涉条纹符合正弦曲线模型：其中θ为加载驱动电压与计数最低点电压所对应相位的差值。    

[0023]该方法基于单光子水平扫描，根据实际通信系统设置单个相位扫描点所需发送光子脉冲数，确定由不完善干涉引起的误码率阈值，设置半波电压测量可信度，计算系统允许相位误差及起始计数角，确定为使半波电压测量结果满足一定可信度所需探测的光子数。    

[0024]本发明提供的技术方案的有益效果是：    

[0025]根据该方法可以在发送有限光子脉冲条件下，有效解决光子计数统计起伏对半波电压测量可信度的影响，为基于单光子水平扫描半波电压测量结果的可信度提供参考依据，弥补了半波电压测量中提高测量结果可信度方法的空白。同时该方法具有一般性，相位编码系统其它参数的检测也存在类似问题，如相位漂移的检测。