量子信号检测方法和量子信号检测装置与流程
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种量子信号检测装置和量子信号检测装置。
背景技术：
利用量子密钥分发(英文：quantumkeydistribution，缩写：qkd)过程加密的通信过程，通常是在发送端首先利用物理过程产生一组真随机数序列，将它们编码到一组量子态上，并通过量子信道发送到接收端；在接收端按照事先约定的协议，随机的对量子态进行测量，之后接收端和发送端再通过经典信道比对使用的测量基，进行筛选和协商，进而产生安全的密钥，最后利用这串密钥对将要发送的明文进行加密通信。
qkd中的一个技术分支为连续变量量子密钥分发(英文：continuous-variablequantumkeydistribution，缩写：cv-qkd)，一个现有的cv-qkd的量子发送端如图1所示，该量子发送机用于产生量子光，并将该量子光发送至量子接收端。该量子光包括信号光，在量子发送端中，要发送给量子接收端的随机数被通过振幅调制和相位调制来调制在该信号光的正则分量上。
量子发送机发送的量子光中还包括一个光强比信号光的光强大的参考光，该参考光用于帮助量子接收端检测量子发送机发送的信号光和量子接收端中产生的本振光的频偏与相差，进而在量子接收机的数字信号处理(英文：digitalsignalprocessing，缩写：dsp)处理过程中恢复出量子发送端发送的随机数。其中，该信号光和参考光为周期相同且时序交替的脉冲光。由于在量子接收端内该信号光和参考光需要和本振光进行零差探测，因此该信号光和量子光的偏振态相同，且需要与本振光的偏振态相同。
量子接收机的结构如图1所示。量子接收机10包括本振光生成器11、动态偏振控制器12、2：2耦合器13、平衡接收机14和dsp15。
本振光生成器11用于产生本振光。动态偏振控制器12用于接收量子发送机发送的量子光，由于量子光在传输的过程中偏振态会发生旋转，因此量子接收机所接收到的量子光的偏振态是不确定的。动态偏振控制器12需对量子光的偏振进行调整，以使得量子光中的参考光和信号光与量子接收机产生的本振光的偏振相同。
本振光生成器11产生的本振光和动态偏振控制器12出射的信号光一起入射至2：2耦合器13。该2:2耦合器13用于将本振光平均分成第一本振光和第二本振光，并将信号光平均分成第一脉冲序列和第二脉冲序列，且将第一本振光和第一脉冲序列合为第一光束出射，将第二本振光和第二脉冲序列合为第二光束出射。第一光束和第二光束进入平衡接收机14中进行平衡零差探测，以通过零差探测检测出信号光的正则分量，进而还原出量子发送机要发送给量子接收机的随机数。
然而，在图1所示的量子接收机中，动态偏振控制器在实际应用中调节速率并不能做到很快，影响量子接收机的使用效率，而且动态偏振控制器的成本较高。
技术实现要素：
本发明实施例提供了一种量子信号检测方法和量子信号检测装置。
第一方面，本发明实施例提供一种量子信号检测方法，包括：将接收到的光脉冲序列分为两路偏振正交的第一脉冲序列和第二脉冲序列，其中，所述光脉冲序列包括时序交替的且同频率的参考脉冲和信号脉冲，且所述信号脉冲为量子信号脉冲；获取所述参考脉冲的信息，其中，所述参考脉冲的信息包括参考脉冲的正则分量xr和pr，以及所述光序列脉冲中所述参考脉冲和所述信号脉冲的相位差；生成本振光，所述本振光为与所述光脉冲序列时序重合且频率相同的脉冲序列；将所述本振光分光为强度相同且偏振正交的第一本振光和第二本振光，所述第一本振光和所述第一脉冲序列具有相同的偏振态，所述第二本振光和所述第二脉冲序列具有相同的偏振态；对所述第一脉冲序列和所述第一本振光进行零差探测以及对所述第二脉冲序列和所述第二本振光进行零差探测，获取零差探测结果；根据所述零差探测结果和所述参考脉冲的信息获取所述光脉冲序列内所述信号脉冲的正则分量。
结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，对所述第一脉冲序列和所述第一本振光、所述第二脉冲序列和所述第二本振光分别进行零差探测，获取零差探测结果，具体包括：
将所述第一脉冲序列分为强度相同的第三脉冲序列和第四脉冲序列；将所述第一本振光分为强度相同的第三本振光和第四本振光，其中，第三本振光和所述第三脉冲序列具有相同的偏振态，所述第四本振光和所述第四脉冲序列具有相同的偏振态；具体的，可将第一本振光和第一脉冲序列分别从第一偏振片的两侧均以45度入射，由于第一脉冲序列和第一本振光具有相同的偏振态，那么第一偏振片的偏振方向和第一本振光的偏振方向夹角设为45度，这样从第一偏振片出射的光束分别为第三脉冲序列和第三本振光的合光，以及第四脉冲序列和第四本振光的合光；
将所述第二脉冲序列分为强度相同的第五脉冲序列和第六脉冲序列；将所述第二本振光分为强度相同的第五本振光和第六本振光，其中，第五本振光和所述第五脉冲序列具有相同的偏振态，所述第六本振光和所述第六脉冲序列具有相同的偏振态；具体的，可将第二本振光和第二脉冲序列分别从第二偏振片的两侧均以45度入射，由于第二脉冲序列和第二本振光具有相同的偏振态，那么第二偏振片的偏振方向和第二本振光的偏振方向夹角设为45度，这样从第二偏振片出射的光束分别为第五脉冲序列和第五本振光的合光，以及第六脉冲序列和第六本振光的合光；
对所述第三脉冲序列和所述第三本振光的合光、所述第四脉冲序列和所述第四本振光的合光进行零差探测，获取第一电信号；具体的，将第三脉冲序列和所述第三本振光的合光，与第四脉冲序列和所述第四本振光的合光均输入到光电探测器中，以输出该两束合光的差频电信号，即第一电信号。
对所述第五脉冲序列和所述第五本振光的合光、所述第六脉冲序列和所述第六本振光的合光进行零差探测，获取第二电信号。具体的，将所述第五脉冲序列和所述第五本振光的合光，与所述第五脉冲序列和所述第五本振光的合光均输入到光电探测器中，以输出该两束合光的差频电信号，即第二电信号。
结合第一方面的第一种可能的实现方式，在第一方面的第二种可能的实施方式中，所述根据所述零差探测结果和所述参考脉冲的信息获取所述光脉冲序列内所述信号脉冲的正则分量，具体包括：
根据所述第一电信号和第二电信号得到参考脉冲采样序列和信号脉冲采样序列；具体的，对所述第一电信号和第二电信号分别进行采样量化以输出对应的采样序列，再对该两个采样序列进行数据整合得到参考脉冲采样序列和信号脉冲采样序列；
根据所述参考脉冲的信息、所述参考脉冲采样序列和所述信号脉冲采样序列计算第一相位差，所述第一相位差为所述光脉冲序列中所述信号脉冲和所述本振光的相位差；
确定量子态测量基，根据所述第一相位差和所述量子态测量基对所述信号脉冲采样序列进行相位补偿；
根据所述相位补偿后的信号脉冲采样序列计算所述光脉冲序列中所述信号脉冲的正则分量。
结合第一方面，在第一方面的第三种可能的实现方式中，对所述第一脉冲序列和所述第一本振光、所述第二脉冲序列和所述第二本振光分别进行零差探测，获取零差探测结果，具体包括：
将第一脉冲序列平均分为强度相同的第三脉冲序列、第四脉冲序列、第五脉冲序列和第六脉冲序列，将第一本振光分为强度相同的第三本振光、第四本振光、第五本振光和第六本振光，其中，第三脉冲序列和第三本振光具有相同的偏振态，第四脉冲序列和第四本振光具有相同的偏振态，第五脉冲序列和第五本振光具有相同的偏振态，第六脉冲序列和第六本振光具有相同的偏振态；
将第三本振光和第四本振光的相位均增加π/2，或者，将第五本振光和第六本振光的相位均增加π/2；
将第三脉冲序列与第三本振光的合光与第四脉冲序列与第四本振光的合光进行零差探测，输出第一电信号；具体的，将所述第三脉冲序列与第三本振光的合光，与第四脉冲序列与第四本振光的合光均输入到光电探测器中，以输出该两束合光的差频电信号，即第一电信号；
将第五脉冲序列与第五本振光的合光与第六脉冲序列与第六本振光的合光进行零差探测，输出第二电信号；具体的，将第五脉冲序列与第五本振光的合光，与第六脉冲序列与第六本振光的合光均输入到光电探测器中，以输出该两束合光的差频电信号，即第二电信号；
将第二脉冲序列分为强度相同的第七脉冲序列、第八脉冲序列、第九脉冲序列和第十脉冲序列，将第二本振光分为强度相同的第七本振光、第八本振光、第八本振光和第十本振光，其中，第七脉冲序列和第七本振光具有相同的偏振态，第八脉冲序列和第八本振光具有相同的偏振态，第九脉冲序列和第九本振光具有相同的偏振态，第十脉冲序列和第十本振光具有相同的偏振态；
将第七本振光和第八本振光的相位均增加π/2，或者，将第九本振光和第十本振光的相位均增加π/2；
将第七脉冲序列与第七本振光的合光与第八脉冲序列与第八本振光的合光进行零差探测，输出第三电信号；具体的，将第七脉冲序列与第七本振光的合光，与第八脉冲序列与第八本振光的合光均输入到光电探测器中，以输出该两束合光的差频电信号，即第三电信号；
将第九脉冲序列与第九本振光的合光与第十脉冲序列与第十本振光的合光进行零差探测，输出第四电信号；具体的，将第九脉冲序列与第九本振光的合光，与第十脉冲序列与第十本振光的合光均输入到光电探测器中，以输出该两束合光的差频电信号，即第四电信号。
第二方面，提供一种量子信号检测方法，包括：
将接收到的光脉冲序列分为第一脉冲序列和第二脉冲序列，其中，所述第一脉冲序列包括时序交替的且同频率的参考脉冲和信号脉冲，且所述信号脉冲为量子信号脉冲；
获取第一比例，所述第一比例为所述第一脉冲序列的光强占所述光脉冲序列的光强的比例；具体的，可采用探测器探测第一脉冲序列中的信号脉冲的光功率以及探测光脉冲序列中的信号脉冲的光功率，并计算该两个光功率的比值，即第一比例；
生成本振光，所述本振光为与所述光脉冲序列时序重合的脉冲序列；
将所述本振光分光为第一本振光和第二本振光，所述第一本振光和所述第一脉冲序列具有相同的偏振态；
对所述第一脉冲序列和所述本振光进行零差探测，获取零差探测结果；具体的，将第一脉冲序列和所述本振光输入到光电探测器中，以输出该两束光的差频电信号，即零差探测结果；
根据所述零差探测结果和所述第一比例获取所述光脉冲序列内所述信号脉冲的正则分量。
第三方面，提供一种量子信号检测装置，包括：
第一分光模块，用于将接收到的光脉冲序列分为两路偏振正交的第一脉冲序列和第二脉冲序列，其中，所述光脉冲序列包括时序交替的且同频率的参考脉冲和信号脉冲；例如，所述第一分光模块为偏振分束器，
获取模块，用于获取所述参考脉冲的信息；
生成模块，用于生成本振光，所述本振光为与所述光脉冲序列时序重合的脉冲序列；例如，所述生成模块包括激光光源、脉冲调制器、相位调制器、第一控制器和第二控制器；其中，所述激光光源输出的连续光经所述脉冲调制器调制后输出脉冲光，该脉冲光进一步经所述相位调制器调制后，输出带相位信息的脉冲光，也即本振光。；其中，在参考脉冲周期，所述第一控制器用于控制脉冲调制器输出一个光强度较弱的脉冲，所述第二控制器用于调制一个固定相位(例如0或者π/2)；在信号脉冲周期，所述控制器用于控制脉冲调制器输出一个光强度较大的脉冲，所述第二控制器用于选择测量基，根据所选择的测量基对脉冲相位进行调制。
第二分光模块，用于将所述本振光分光为强度相同且偏振正交的第一本振光和第二本振光，所述第一本振光和所述第一脉冲序列具有相同的偏振态，所述第二本振光和所述第二脉冲序列具有相同的偏振态；例如，所述第二分光模块为50:50分光器；
检测模块，用于对所述第一脉冲序列和所述第一本振光进行零差探测以及对所述第二脉冲序列和所述第二本振光进行零差探测，获取零差探测结果；
处理模块，用于根据所述零差探测结果和所述参考脉冲的信息获取所述光脉冲序列内所述信号脉冲的正则分量。
结合第三方面，在第三方面的第一种可能的实现方式中，所述检测模块具体用于：
将所述第一脉冲序列分为强度相同的第三脉冲序列和第四脉冲序列；
将所述第一本振光分为强度相同的第三本振光和第四本振光，其中，第三本振光和所述第三脉冲序列具有相同的偏振态，所述第四本振光和所述第四脉冲序列具有相同的偏振态；
将所述第二脉冲序列分为强度相同的第五脉冲序列和第六脉冲序列；
将所述第二本振光分为强度相同的第五本振光和第六本振光，其中，第五本振光和所述第五脉冲序列具有相同的偏振态，所述第六本振光和所述第六脉冲序列具有相同的偏振态；
对所述第三脉冲序列和所述第三本振光的合光、所述第四脉冲序列和所述第四本振光的合光进行零差探测，获取第一电信号；
对所述第五脉冲序列和所述第五本振光的合光、所述第六脉冲序列和所述第六本振光的合光进行零差探测，获取第二电信号。
例如，所述检测模块包括第一2:2耦合器、第二2:2耦合器、第一平衡接收机和第二平衡接收机，其中，所述第一2:2耦合器用于接收所述第一脉冲序列和所述第一本振光，并输出所述第三脉冲序列和所述第三本振光的合光、所述第四脉冲序列和所述第四本振光的合光；所述第二2:2耦合器用于接收所述第二脉冲序列和所述第二本振光，并输出所述第五脉冲序列和所述第五本振光的合光、所述第六脉冲序列和所述第六本振光的合光；所述第一平衡接收机用于对所述第三脉冲序列和所述第三本振光的合光、所述第四脉冲序列和所述第四本振光的合光进行零差探测，输出第一电信号，所述第二平衡接收机用于对所述第五脉冲序列和所述第五本振光的合光、所述第六脉冲序列和所述第六本振光的合光进行零差探测，输出第二电信号。
结合第三方面的第一种可能的实现方式，在第三方面的第二种可能的实现方式中，所述处理模块具体用于：
根据所述第一电信号和第二电信号得到参考脉冲采样序列和信号脉冲采样序列；
根据所述参考脉冲的信息、所述参考脉冲采样序列和所述信号脉冲采样序列计算第一相位差，所述第一相位差为所述光脉冲序列中所述信号脉冲和所述本振光的相位差；
确定量子态测量基，根据所述第一相位差和所述量子态测量基对所述信号脉冲采样序列进行相位补偿；
根据所述相位补偿后的信号脉冲采样序列计算所述光脉冲序列中所述信号脉冲的正则分量。
例如，所述处理模块包括第一模数变换器、第二模数变换器、数据整合器、载波恢复器和密钥恢复器，其中，所述第一模数变换器用于接收第一平衡接收机输出的电信号，并输出参考脉冲采样序列和信号脉冲采样序列；所述第二模数变换器用于接收第二平衡接收机输出的电信号，并输出参考脉冲采样序列和信号脉冲采样序列；所述数据整合器用于将第一模数变换器输出的参考脉冲采样序列和第二模数变换器输出的参考脉冲采样序列进行整合，以及将第一模数变换器输出的信号脉冲采样序列和第二模数变换器输出的信号脉冲采样序列进行整合；并将整合后的参考脉冲采样序列和信号脉冲采样序列输入到所述载波恢复器中；所述载波恢复器用于根据该参考脉冲采样序列和参考脉冲的信息计算光脉冲序列中所述信号脉冲和所述本振光的相位差，并采用该相位差和量子态测量基对信号脉冲采样序列进行相位补偿；所述密钥恢复器用于根据相位补偿后的信号脉冲采样序列计算所述光脉冲序列中所述信号脉冲的正则分量。
结合第三方面，在第三方面的第三种可能的实现方式中，所述检测模块具体用于：
将第一脉冲序列平均分为强度相同的第三脉冲序列、第四脉冲序列、第五脉冲序列和第六脉冲序列，将第一本振光分为强度相同的第三本振光、第四本振光、第五本振光和第六本振光，其中，第三脉冲序列和第三本振光具有相同的偏振态，第四脉冲序列和第四本振光具有相同的偏振态，第五脉冲序列和第五本振光具有相同的偏振态，第六脉冲序列和第六本振光具有相同的偏振态；
将第三本振光和第四本振光的相位均增加π/2，或者，将第五本振光和第六本振光的相位均增加π/2；
将第三脉冲序列与第三本振光的合光与第四脉冲序列与第四本振光的合光进行零差探测，输出第一电信号；
将第五脉冲序列与第五本振光的合光与第六脉冲序列与第六本振光的合光进行零差探测，输出第二电信号；
将第二脉冲序列分为强度相同的第七脉冲序列、第八脉冲序列、第九脉冲序列和第十脉冲序列，将第二本振光分为强度相同的第七本振光、第八本振光、第八本振光和第十本振光，其中，第七脉冲序列和第七本振光具有相同的偏振态，第八脉冲序列和第八本振光具有相同的偏振态，第九脉冲序列和第九本振光具有相同的偏振态，第十脉冲序列和第十本振光具有相同的偏振态；
将第七本振光和第八本振光的相位均增加π/2，或者，将第九本振光和第十本振光的相位均增加π/2；
将第七脉冲序列与第七本振光的合光与第八脉冲序列与第八本振光的合光进行零差探测，输出第三电信号；
将第九脉冲序列与第九本振光的合光与第十脉冲序列与第十本振光的合光进行零差探测，输出第四电信号。
例如，所述检测模块包括第一2:4耦合器、第二2:4耦合器、第一平衡接收机、第二平衡接收机、第三平衡接收机、第四平衡接收机；其中，
所述第一2:4耦合器用于接收所述第一脉冲序列和所述第一本振光，并输出所述第三脉冲序列和所述第三本振光的合光、所述第四脉冲序列和所述第四本振光的合光、所述第五脉冲序列与所述第五本振光的合光以及所述第六脉冲序列与所述第六本振光的合光，且所述第三本振光和所述第四本振光的相位均增加π/2，或者，所述第五本振光和所述第六本振光的相位均增加π/2；所述第二2:4耦合器用于接收所述第二脉冲序列和所述第二本振光，并输出所述第七脉冲序列和所述第七本振光的合光、所述第八脉冲序列和所述第八本振光的合光、所述第九脉冲序列与所述第九本振光的合光以及所述第十脉冲序列与所述第十本振光的合光，且所述第七本振光和所述第八本振光的相位均增加π/2，或者，所述第九本振光和所述第十本振光的相位均增加π/2；所述第一平衡接收机用于对所述第一2:4耦合器输出的第三脉冲序列与第三本振光的合光与第四脉冲序列与第四本振光的合光进行零差探测，输出第一电信号；所述第二平衡接收机用于对所述第一2:4耦合器输出的另外两束合光进行零差探测，输出第二电信号；所述第三平衡接收机用于对第二2:4耦合器输出的第七脉冲序列与第七本振光的合光与第八脉冲序列与第八本振光的合光进行零差探测，输出第三电信号，所述第四平衡接收机用于对所述第二2:4耦合器输出的另外两束合光进行零差探测，输出第四电信号。
结合第三方面的第三种可能的实现方式，在第三方面的第四种可能的实现方式中，所述处理模块具体用于：
根据所述第一电信号和所述第二电信号得到所述第一脉冲序列的采样序列；
根据所述第三电信号和所述第四电信号得到所述第二脉冲序列的采样序列；
根据所述参考脉冲的信息、所述第一脉冲序列的参考脉冲采样序列和所述第二脉冲序列的参考脉冲采样序列获取第二相位差和第三相位差，其中所述第二相位差为所述第一脉冲序列中所述信号脉冲和所述本振光的相位差，所述第二相位差为所述第二脉冲序列中所述信号脉冲和所述本振光的相位差；
根据所述第二相位差、第三相位差、所述第一电信号、所述第二电信号、所述第三电信号和所述第四电信号计算所述光脉冲序列中所述信号脉冲的正则分量。
例如，所述处理模块包括第一模数变换器、第二模数变换器、第三模数变换器、第四模数变换器、第一数据整合器、第二数据整合器、载波恢复器和密钥恢复器；其中，
所述第一模数变换器用于接收第一平衡接收机输出的电信号，并输出参考脉冲采样序列和信号脉冲采样序列；所述第二模数变换器用于接收第二平衡接收机输出的电信号，并输出参考脉冲采样序列和信号脉冲采样序列；所述第三模数变换器用于接收第三平衡接收机输出的电信号，并输出参考脉冲采样序列和信号脉冲采样序列；所述第四模数变换器用于接收第四平衡接收机输出的电信号，并输出参考脉冲采样序列和信号脉冲采样序列；
所述第一数据整合器用于将第一和第二模数变换器分别输出的参考脉冲采样序列进行整合，以及将第一和第二模数变换器分别输出的信号脉冲采样序列进行整合；并将整合后的第一脉冲序列的采样序列输入到所述载波恢复器中；
所述第二数据整合器用于将第三和第四模数变换器分别输出的参考脉冲采样序列进行整合，以及将第三和第四模数变换器分别输出的信号脉冲采样序列进行整合；并将整合后的第二脉冲序列的采样序列输入到所述载波恢复器中；
所述载波恢复器用于根据所述参考脉冲的信息、所述第一脉冲序列的参考脉冲采样序列和所述第二脉冲序列的参考脉冲采样序列获取第二相位差和第三相位差，其中所述第二相位差为所述第一脉冲序列中所述信号脉冲和所述本振光的相位差，所述第二相位差为所述第二脉冲序列中所述信号脉冲和所述本振光的相位差；
所述密钥恢复器根据所述第二相位差、第三相位差、所述第一电信号、所述第二电信号、所述第三电信号和所述第四电信号计算所述光脉冲序列中所述信号脉冲的正则分量。
第四方面，提供一种量子信号检测装置，包括：
第一分光模块，用于将接收到的光脉冲序列分为第一脉冲序列和第二脉冲序列，其中，所述第一脉冲序列包括时序交替的且同频率的参考脉冲和信号脉冲，且所述信号脉冲为量子信号脉冲；
获取模块，用于探测第一比例，所述第一比例为所述第一脉冲序列的光强占所述光脉冲序列的光强的比例；例如，所述获取模块包括探测器，用于探测所述第一序列脉冲的信号脉冲的光强和所述光序列脉冲中的信号脉冲的光强，并计算该两个光强的比值，即第一比例；
生成模块，用于生成本振光，所述本振光为与所述光脉冲序列时序重合的脉冲序列；
第二分光模块，用于将所述本振光分光为第一本振光和第二本振光，所述第一本振光和所述第一脉冲序列具有相同的偏振态；
检测模块，用于对所述第一脉冲序列和所述本振光进行零差探测，获取零差探测结果；
处理模块，用于根据所述零差探测结果和所述第一比例获取所述光脉冲序列内所述信号脉冲的正则分量。
从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：
本实施例中，通过将接收到的光脉冲序列分光为偏正正交的第一和第二脉冲序列，将生成的本振光分光为偏振正交的第一和第二本振光，且第一脉冲序列和第一本振光的偏振态相同，第二脉冲序列和第二本振光的偏振态相同，而这样，无需动态偏振控制器也可以对光脉冲序列和本振光进行零差探测，方法简单且成本较低，而且，本实施例中，对所述第一脉冲序列和所述第一本振光、所述第二脉冲序列和所述第二本振光分别进行零差探测，在对零差探测结果处理的过程中可以消掉第一和第二脉冲序列分别占光脉冲序列的比例，使得处理结果不依赖于第一和第二脉冲序列分别占光脉冲序列的比例。
附图说明
图1为现有技术中的量子接收机的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的通信系统的一个实施例的结构示意图；
图3为图2所示通信系统中的量子信号接收机对接收到的光脉冲序列的检测方法的一个实施例的流程示意图；
图4为对所述第一脉冲序列和所述第一本振光、所述第二脉冲序列和所述第二本振光分别进行零差探测的一种实施例的流程示意图；
图5为图4所示实施例中对所述第一脉冲序列和所述第一本振光、所述第二脉冲序列和所述第二本振光分别进行零差探测的原理示意图；
图6为获取所述光脉冲序列内所述信号脉冲的正则分量的方法一个实施例的示意图；
图7为对所述第一脉冲序列和所述第一本振光、所述第二脉冲序列和所述第二本振光分别进行零差探测的另一种实施例的流程示意图；
图8为获取所述光脉冲序列内所述信号脉冲的正则分量的方法一个实施例的示意图；
图9为本发明的量子信号检测装置的一个实施例的结果示意图；
图10为本发明的量子信号检测装置的另一个实施例的结果示意图；
图11为本发明的量子信号检测装置的另一个实施例的结果示意图；
图12为本发明的量子信号检测装置的另一个实施例的结果示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
为了方便理解本发明实施例，首先在此介绍本发明实施例描述中会引入的通信系统。如图2所示，图2为本发明实施例提供的通信系统的一个实施例的结构示意图。通信系统包括发送端21和接收端22。其中，发送端21包括主控单元、协商信息发送接收机、同步时钟发送机和量子信号发送机协商信息发送接收机、同步时钟发送机和量子信号发送机在该主控单元的控制下协同工作。接收端22包括主控单元、协商信息发送接收机、同步时钟发送机和量子信号发送机，控制协商信息发送接收机、同步时钟发送机和量子信号发送机在该主控单元的控制下协同工作。
本实施例中，在发送端21向接收端22发送信息之前，为保证通信的安全性，发送端21首先产生一组随机数序列，并将该组随机数序列编码到一组量子态上，并通过量子信道发送到接收端22。发送端21还采用该组随机数序列对要发送给接收端22的信息进行加密，生成加密信息后再发送给接收端22。
接收端22通过对该组量子态进行测量来获取随机数序列，并在接收到发送端21发送的加密信息后采用该组随机数序列来对该加密信息进行解密，以还原出原信息。
其中，发送端21中的量子信号发送机具体用于将所述随机数序列编码到一组量子态上，具体的，量子信号发送机将该随机数序列中的各随机数依次调制到不同的激光脉冲上，并将各激光脉冲发送到接收端22。其中，对每一个随机数，量子信号发送机将该随机数通过振幅调制和相位调制分别来调制到激光脉冲的两个正则分量上。具体来说，激光是一个相干态|α〉，其中α＝x＋ip是一个复数，激光脉冲的正则分量为对应的复数的实部x和/或虚部p。
为描述方便，下文中将该调制后的激光脉冲称为信号脉冲，根据上述描述可知，该信号脉冲为量子信号脉冲。接收端22中的量子信号接收机用于接收该信号脉冲，通过探测该信号脉冲的x和/或p来获取发送端21要发送的随机数。具体的，接收端22中的量子信号接收机接收到信号脉冲后，发送端内的协商信息发送接收机和接收端内的协商信息发送接收机协商好是通过信号脉冲的x，还是p，还是x和p来获取发送端21要发送的随机数。具体如何协商为现有技术，在此不再赘述。
为了使得信号脉冲在接收端22内和本振光进行稳定干涉，量子信号发送机向量子信号接收机发送的光脉冲序列中还包括参考脉冲序列，且该参考脉冲序列中各参考脉冲和信号脉冲的相位差为预置相位差；而且，信号脉冲和参考脉冲时序交替且偏振相同。为描述方便，以下将光脉冲序列中的参考脉冲简称为参考光，以及将光脉冲序列中的信号脉冲简称为信号光。
量子信号发送机将该光脉冲序列发送至接收端22。发送端21内的同步时钟发送机还将时钟信息发送给接收端22的同步时钟接收机，以使得接收端22能够产生和光脉冲序列同步的本振光。具体如何发生时钟信息为现有技术，在此不再赘述。
下面对接收端22中的量子信号接收机如何检测出光脉冲序列中信号光的正则分量进行具体解释。
为方便理解本发明，下面对本发明中提到的零差探测的原理进行简单说明。包含有被测信息的信号(频率为ws)和作为基准的本机振荡光束(频率为wl)为平面平行的相干光，这两束光在光电探测器上进行混频，形成相干光场。经光电探测器变换后，输出的电信号中包含频率为ws-wl的差频信号。当wl＝ws时，即信号光频率等于本振光频率时，这是外差探测的一种特殊形式，称为零差探测。
请参阅图3，图3为图2所示通信系统中的量子信号接收机对接收到的光脉冲序列的检测方法的一个实施例的流程示意图。本实施例中的量子信号检测方法包括：
301、将接收到的光脉冲序列分为两路偏振正交的第一脉冲序列和第二脉冲序列，其中，所述光脉冲序列包括时序交替的且同频率的参考光和信号光。
发送端发出的光脉冲序列中参考光和信号光偏振相同，但在传输的过程中，由于参考光和信号光的偏振态会一起发生旋转，因此量子信号接收机所接收到的光脉冲序列中参考光和信号光的偏振态是未知的。本实施例中，量子信号接收机所接收到的光脉冲序列需要和量子信号接收机所生成的本振光进行零差探测，也即光脉冲序列中的参考光和信号光分别需要和本振光满足相干条件。那么，参考光、信号光和本振光的偏振态需全部相同。
本实施例中，量子信号接收机将接收到的光脉冲序列按第一预置角度分为两路偏振正交的第一脉冲序列和第二脉冲序列。这样，第一脉冲序列中时序交替的参考光和信号光的偏振方向是确定的，第二脉冲序列中时序交替的参考光和信号光的偏振方向是确定的。其中，分光的方法有多种，例如，量子信号接收机包括偏振分束器，光脉冲序列经偏振分束器分成偏振正交的两束光。
为描述方便，下文中以as表示光脉冲序列在信号脉冲周期的光场，以ar表示光脉冲序列在参考脉冲周期的光场。其中，as＝xs+ips，ar＝xr+ipr。
那么，在信号脉冲周期，第一脉冲序列的光场为
302、获取所述参考脉冲的信息。
本实施例中，参考脉冲的信息包括参考脉冲的正则分量xr和pr，以及所述光序列脉冲中所述参考脉冲和信号脉冲的相位差，
量子信号接收机获取参考脉冲的信息的方法有多种。例如，由于参考脉冲的信息为经典信息，因此量子信号发送机在通过量子信道发送光序列脉冲的同时，还通过经典光信道将参考脉冲的信息发送至量子信号接收机，量子信号接收机在经典光信道上接收参考脉冲的信息；或者，量子信号发送机在通过量子信道发送光序列脉冲后，还通过量子信道将参考脉冲的信息发送至量子信号接收机，量子信号接收机在量子信道上接收该参考脉冲的信息；或者，发送端中的协商信息发送接收机和接收端中的协商信息发送接收机事先约定好参考脉冲的信息，量子信号接收机从接收端中的协商信息发送接收机中获取该参考脉冲的信息。
303、生成本振光，所述本振光为与所述光脉冲序列时序重合的光脉冲序列。
本实施例中，本振光用于和量子信号接收机接收到的脉冲时序光中的参考光和信号光进行零差探测。因此，量子信号接收机所生成的本振光与光脉冲序列时序重合，而且，本振光的频率和信号光、参考光的频率相同。然而，实际应用中，本振光与信号光和参考光三者的频率做不到完全相等，但只要该三种光的频率的相差控制在一定范围内时，可利用现有相干光通信技术进行计算和补偿。因此，本发明中所描述的本振光的频率和信号光以及参考光的频率相同，指的是该三种光的频率差控制在预置范围内。
下面对生成本振光的一种具体方法进行举例描述。
量子信号接收机包括本振激光器、脉冲整形调制器和相位调制器；根据接收端中同步时钟接收机所接收到的时钟信息，本振激光器输出的连续光经脉冲整形调制器调制后输出和光脉冲序列时序重合的脉冲光，该脉冲光进一步经相位调制器调制后输出带相位信息的脉冲光，其中，在参考脉冲周期内，脉冲整形调制器用于输出一个具有固定相位(例如0或者π/2)的脉冲，在信号脉冲周期内，脉冲整形调制器用于根据接收端的协商信息发送接收机所协商的信息输出相位为从如0和π/2之间选择的脉冲，从该两个相位中的选择决定了是检测信号光的x还是p。
为描述方便，下文中以al表示本振光的光场，其中，
304、将所述本振光分光为强度相同且偏振正交的第一本振光和第二本振光，所述第一本振光和所述第一脉冲序列具有相同的偏振态，所述第二本振光和所述第二脉冲序列具有相同的偏振态。
由于本振光需要和第一脉冲序列中的参考光和信号光分别进行零差探测，以及需要和第二脉冲序列中的参考光和信号光分别进行零差探测，因此，按第一预置角度将本振光分光为强度相同且偏振正交的第一本振光和第二本振光，这样，第一本振光和第一脉冲序列具有相同的偏振态，第二本振光和第二脉冲序列具有相同的偏振态。
具体的，第一本振光和第二本振光的光场均为
305、对所述第一脉冲序列和所述第一本振光进行零差探测以及对所述第二脉冲序列和所述第二本振光进行零差探测，获取零差探测结果。
本实施例中，对所述第一脉冲序列和所述第一本振光、所述第二脉冲序列和所述第二本振光分别进行零差探测的具体方法有多种，下面对其中的一种进行举例描述。请参阅图4，图4为对所述第一脉冲序列和所述第一本振光、所述第二脉冲序列和所述第二本振光分别进行零差探测的一种实施例的流程示意图。如图4所示，对所述第一脉冲序列和所述第一本振光、所述第二脉冲序列和所述第二本振光分别进行零差探测，包括：
s41、将第一脉冲序列分为强度相同的第三脉冲序列和第四脉冲序列，将第一本振光分为强度相同的第三本振光和第四本振光，其中，第三脉冲序列和第三本振光具有相同的偏振态，第四本振光和第四脉冲序列具有相同的偏振态。
s42、将第三脉冲序列与第三本振光的合光与第四脉冲序列与第四本振光的合光进行零差探测，输出第一电信号。
其中，第一脉冲序列中的参考光被分为强度相同的两列参考光，信号光被分为强度相同的两列参考光，第三光脉冲序列包括时序交替的参考光和信号光，第四光脉冲序列包括时序交替的参考光和信号光。
由于第一脉冲序列和第一本振光具有相同的偏振态，因此可采用同一个偏振片对第一脉冲序列和第一本振光同时进行分光以及合光。具体的，如图5所示，图5为图4所示实施例中对所述第一脉冲序列和所述第一本振光、所述第二脉冲序列和所述第二本振光分别进行零差探测的原理示意图。
在图5中，第一光脉冲序列l1和第一本振光l2分别从偏振片41的两侧以45度角度入射至偏振片41的同一位置上，第一光脉冲序列l1的部分光经偏振片41透射，形成第三脉冲序列，另一部分光经偏振片41反射，形成第四脉冲序列。第一本振光l2的部分光经偏振片41反射，形成第三本振光，且和第三脉冲序列合为第一出射光束；另一部分光经偏振片41透射，形成第四本振光，且和第四脉冲序列合为第二出射光束。
其中，偏振片41的偏振方向和第一本振光的偏振方向的夹角为45度，使得经偏振片41透射的第一本振光以及反射的第一本振光的光强相同，以及经偏振片41透射的第一脉冲序列以及反射的第一脉冲序列的光强相同。
那么，第三脉冲序列的光场为
光电探测器(图未示)用于接收第一出射光束和第二出射光束，在信号脉冲周期，光电探测器将第一出射光束转换为电信号i1，将第二出射光束转换为电信号i2，其中，
那么，在信号脉冲周期，第一电信号为光电探测器输出的电信号i1和电信号i2的差频信号i1s，其中，
同理，在参考脉冲周期，第一电信号为光电探测器42输出的差频信号i1r，其中，
s43、将第二脉冲序列分为强度相同的第五脉冲序列和第六脉冲序列，将第二本振光分为强度相同的第五本振光和第六本振光，其中，第五脉冲序列和第五本振光具有相同的偏振态，第六本振光和所述第六脉冲序列具有相同的偏振态。
s44、将第五脉冲序列与第五本振光的合光与第六脉冲序列与第六本振光的合光进行零差探测，输出第二电信号。
其中，第二脉冲序列中的参考光被分为强度相同的两列参考光，信号光被分为强度相同的两列参考光，第五光脉冲序列包括时序交替的参考光和信号光，第六光脉冲序列包括时序交替的参考光和信号光。
本实施例中，对第二脉冲序列和第二本振光的处理过程和对第一脉冲序列和第一本振光的处理过程相同，具体可参考步骤s42下的解释说明，在此不再赘述。根据步骤s42下的解释说明可知，在信号脉冲周期，第二电信号为i2s，在参考脉冲周期，第二电信号为i2r，其中，
那么，本实施例中，对所述第一脉冲序列和所述第一本振光、所述第二脉冲序列和所述第二本振光分别进行零差探测所获取到的零差探测结果包括该第一电信号和第二电信号。
306、根据所述零差探测结果和所述参考脉冲的信息获取所述光脉冲序列内所述信号脉冲的正则分量。
本实施例中，根据所述零差探测结果和参考脉冲的信息计算信号脉冲的正则分量的方法有多种，下面结合零差探测结果为图4所示实施例中的第一电信号和第二电信号对其中的一种计算方法进行举例说明。请参阅图6，图6为获取所述光脉冲序列内所述信号脉冲的正则分量的方法一个实施例的示意图。该方法包括：
s61、根据所述第一电信号和第二电信号得到参考脉冲采样序列和信号脉冲采样序列。
对第一电信号和第二电信号进行采样整合，得到第三电信号，其中，该第三电信号包括时序交替的参考脉冲采样序列和信号脉冲采样序列。
在信号脉冲周期，第三电信号
在参考脉冲周期，第三电信号
由此可看出，整合后的电信号与光脉冲序列被偏振分束的强度比例无关。
s62、根据参考脉冲的信息、所述参考脉冲采样序列和所述信号脉冲采样序列计算所述光脉冲序列中信号光和所述本振光的相位差。
为描述方便，下文中将所述光脉冲序列中信号光和所述本振光的相位差称为第一相位差。
参考脉冲的信息包括参考光的xr和pr、参考光和本振光的相位差。由于参考光的xr和pr是已知的，而且il是已知的，那么可根据探测到的i3和il、xr、pr计算出第一相位差
s63、确定量子态测量基，根据所述量子态测量基和所述第一相位差对所述信号脉冲采样序列进行相位补偿。
s64、根据所述相位补偿后的信号脉冲采样序列计算所述光脉冲序列中所述信号脉冲的正则分量。
本实施例中，量子态测量基用于指示选择测量信号光的xs还是ps。在获取到信号光和本振光的相位差θ后，对本振光的相位进行调整，使得所述本振光的相位减少θ，这样，本振光的相位和信号光的相位一致。同时，确定量子态测量基后，若量子态测量基指示测量信号光的xs，则还对本振光的相位减少π/2，也即调整相位后的本振光和信号光的相位差为π/2，这样，最终输出的第三电信号中，pscosθ-xssinθ＝x1，也即第三电信号
本实施例中，通过将接收到的光脉冲序列分光为偏正正交的第一和第二脉冲序列，将生成的本振光分光为偏振正交的第一和第二本振光，且第一脉冲序列和第一本振光的偏振态相同，第二脉冲序列和第二本振光的偏振态相同，而这样，无需动态偏振控制器也可以对光脉冲序列和本振光进行零差探测，方法简单且成本较低，而且，本实施例中，对所述第一脉冲序列和所述第一本振光、所述第二脉冲序列和所述第二本振光分别进行零差探测，在对零差探测结果处理的过程中可以消掉第一和第二脉冲序列分别占光脉冲序列的比例，使得处理结果不依赖于第一和第二脉冲序列分别占光脉冲序列的比例。
上面实施例的步骤305中结合图4描述了其中一种对所述第一脉冲序列和所述第一本振光、所述第二脉冲序列和所述第二本振光分别进行零差探测的方法，下面对如何对所述第一脉冲序列和所述第一本振光、所述第二脉冲序列和所述第二本振光分别进行零差探测的另一种方法进行举例描述。如图7所示，图7为对所述第一脉冲序列和所述第一本振光、所述第二脉冲序列和所述第二本振光分别进行零差探测的另一种实施例的流程示意图。
s71、将第一脉冲序列平均分为强度相同的第三脉冲序列、第四脉冲序列、第五脉冲序列和第六脉冲序列，将第一本振光分为强度相同的第三本振光、第四本振光、第五本振光和第六本振光，其中，第三脉冲序列和第三本振光具有相同的偏振态，第四脉冲序列和第四本振光具有相同的偏振态，第五脉冲序列和第五本振光具有相同的偏振态，第六脉冲序列和第六本振光具有相同的偏振态。
其中，第三脉冲序列、第四脉冲序列、第五光脉冲序列和第六脉冲序列均包括时序交替的参考光和信号光。
其中，在信号脉冲周期，第三脉冲序列和第五脉冲序列的光场均为
其中，第三本振光和第五本振光的光场均为
为描述方便，下文中用θ1表示第一脉冲序列中的信号光和本振光的相位差，用
s72、第三本振光和第四本振光的相位均增加π/2，或者，第五本振光和第六本振光的相位均增加π/2。
本实施例中，第三脉冲序列、第四脉冲序列、第三本振光和第四本振光作为一组，第五脉冲序列、第六脉冲序列、第五本振光和第六本振光作为一组，该两组光中其中一组用于测量信号光的x分量，另一组用于测量信号光的p分量，因此，在将第一序列光和第一本振光分光后，将其中一组中本振光束的相位分别加上π/2。
为描述方便，本实施例中以将第五本振光和第六本振光的相位增加π/2为例进行说明。
s73、将第三脉冲序列与第三本振光的合光与第四脉冲序列与第四本振光的合光进行零差探测，输出第一电信号。
本实施例中，该两束合光进行零差探测的具体过程和原理可参考图4和图5所示实施例的解释描述，在此不作赘述。
根据图4和图5所示实施例的描述可知，在信号脉冲周期，第一电信号
s74、将第五脉冲序列与第五本振光的合光与第六脉冲序列与第六本振光的合光进行零差探测，输出第二电信号。
本实施例中，该两束合光进行零差探测的具体过程和原理可参考图4和图5所示实施例的解释描述，在此不作赘述。
由于第五本振光和第六本振光的相位相比第三本振光和第四本振光的相位增加π/2，因此，根据图4和图5所示实施例的描述可知，在信号脉冲周期，第二电信号
s75、将第二脉冲序列分为强度相同的第七脉冲序列、第八脉冲序列、第九脉冲序列和第十脉冲序列，将第二本振光分为强度相同的第七本振光、第八本振光、第八本振光和第十本振光，其中，第七脉冲序列和第七本振光具有相同的偏振态，第八脉冲序列和第八本振光具有相同的偏振态，第九脉冲序列和第九本振光具有相同的偏振态，第十脉冲序列和第十本振光具有相同的偏振态。
其中，第七脉冲序列、第八脉冲序列、第九脉冲序列和第十脉冲序列均包括时序交替的参考光和信号光。
其中，在信号脉冲周期，第七脉冲序列和第九脉冲序列的光场均为
其中，第七本振光和第九本振光的光场均为
s76、将第七本振光和第八本振光的相位均增加π/2，或者，将第九本振光和第十本振光的相位均增加π/2。
本实施例中，第七脉冲序列、第八脉冲序列、第七本振光和第八本振光作为一组，第九脉冲序列、第十脉冲序列、第九本振光和第十本振光作为一组，该两组光中其中一组用于测量信号光的x分量，另一组用于测量信号光的p分量，因此，在将第一序列光和第一本振光分光后，将其中一组中各光束的相位分别加上π/2。
为描述方便，本实施例中以将第五本振光和第六本振光的相位增加π/2为例进行说明。
s77、将第七脉冲序列与第七本振光的合光与第八脉冲序列与第八本振光的合光进行零差探测，输出第三电信号。
本实施例中，该两束合光进行零差探测的具体过程和原理可参考图4和图5所示实施例的解释描述，在此不作限制。
根据图4和图5所示实施例的描述可知，在信号脉冲周期，第三电信号
s78、将第九脉冲序列与第九本振光的合光与第十脉冲序列与第十本振光的合光进行零差探测，输出第四电信号。
本实施例中，该两束合光进行零差探测的具体过程和原理可参考图4和图5所示实施例的解释描述，在此不做赘述。
由于第九本振光和第十本振光的相位相比第七本振光和第八本振光的相位增加π/2，因此，根据图4和图5所示实施例的描述可知，在信号脉冲周期，第四电信号
那么，本实施例中，对所述第一脉冲序列和所述第一本振光、所述第二脉冲序列和所述第二本振光分别进行零差探测所获取到的零差探测结果包括该第一电信号、第二电信号、第三电信号和第四电信号。
进一步地，下面结合零差探测结果为图7所示实施例中的第一电信号、第二电信号、第三电信号和第四电信号对其中的一种计算信号脉冲的正则分量的方法进行举例说明。请参阅图8，图8为获取所述光脉冲序列内所述信号脉冲的正则分量的方法一个实施例的示意图。该方法包括：
s81、根据所述第一电信号和所述第二电信号得到所述第一脉冲序列的采样序列。
下文以i5表示第一脉冲序列的采样序列，其中，在信号脉冲周期，
在参考脉冲周期，
s82、根据所述第三电信号和所述第四电信号得到所述第二脉冲序列的采样序列。
下文以i6表示第二脉冲序列的采样序列，其中，在信号脉冲周期，
在参考脉冲周期，
s83、根据所述参考脉冲的信息、所述第一脉冲序列的参考脉冲采样序列和所述第二脉冲序列的参考脉冲采样序列获取第二相位差和第三相位差。
本实施例中，参考脉冲的信息包括参考光的正则分量xr、pr以及参考光和本振光的相位差。所述第二相位差为θ1，所述第三相位差为θ2。
具体的，在参考脉冲周期，由于
在参考脉冲周期，第一电信号为i1r，由于：
其中，
同理，参考脉冲周期的第二电信号
因此，
同理，
根据参考脉冲的信息可知参考光和信号光的相位差是已知的，因此根据第一脉冲序列中的参考光和本振光的相位差
s84、根据所述第二相位差、第三相位差、第一电信号、第二电信号、第三电信号和第四电信号计算所述光脉冲序列中所述信号脉冲的正则分量。
具体的，在信号脉冲周期，由于第一电信号、第二电信号、第三电信号和第四电信号分别为：
因此，
同理，
那么，
同理，
由于第二相位差θ1和第三相位差θ2已知，进而计算出信号光的正则分量xs和ps。
本实施例中，根据上述算法可知，在θ1和θ2不同，且
现有技术中，在接收端中，动态偏振控制器控制光序列脉冲，使得光序列脉冲和本振光的偏振态相同后，将光序列脉冲和本振光进行零差探测，并根据零差探测结果进行数字信号处理，以检测光序列脉冲中的信号光的正则分量。
上面图3实施例中，需要将光脉冲序列分光为第一序列脉冲和第二序列脉冲，且将本振光分光为第一本振光和第二本振光，并将第一序列脉冲和第一本振光、第二脉冲序列和第二本振光分别进行零差探测，获取两个零差探测结果，以使得对该两个零差探测结果进行整合后整合结果不依赖第一和第二脉冲序列分别占光脉冲序列的比例，也即不管m和n取值如何都不影响计算信号光的正则分量的结果。
可选的，与图3所示实施例不同的是，本实施例中，在将接收到的光脉冲序列分为两路第一脉冲序列和第二脉冲序列后，还获取第一比例，该第一比例为第一脉冲序列的光强占光脉冲序列的光强的比例，也即检测出上文所描述的m的值。具体的，可通过探测第一脉冲序列的光强和探测光脉冲序列的光强，再计算该两个光强的比值来获取m的值。
这样，在进行零差探测时，不需要对第二序列脉冲和第二本振光进行零差探测，只需对第一脉冲序列和第一本振光进行零差探测，并根据零差探测结果进行数字信号处理，以检测出第一脉冲序列中的信号光的正则分量，其中该数字信号处理的方法和背景技术中的数字处理方法相同，在此不再赘述。
由于第一脉冲序列中的信号光的光强与光序列脉冲中的信号光的光强的比值为m，那么可根据第一脉冲序列中的信号光的正则分量和该比值m计算出光序列脉冲中的信号光的正则分量。具体的，假设根据现有技术中的方法计算出的光序列脉冲中的信号光的正则分量为x和p，本实施例中第一脉冲序列中的信号光的正则分量用x1和p1表示，那么
上面对本发明中的量子信号检测方法进行了描述，下面对本发明中的量子信号检测装置进行描述。
如图9所示，图9为本发明的量子信号检测装置的一个实施例的结果示意图。本实施例中，量子信号检测装置包括：
第一分光模块901，用于将接收到的光脉冲序列分为两路偏振正交的第一脉冲序列和第二脉冲序列，其中，所述光脉冲序列包括时序交替的且同频率的参考脉冲和信号脉冲；
获取模块902，用于获取所述参考脉冲的信息；
生成模块903，用于生成本振光，所述本振光为与所述光脉冲序列时序重合的脉冲序列；
第二分光模块904，用于将所述本振光分光为强度相同且偏振正交的第一本振光和第二本振光，所述第一本振光和所述第一脉冲序列具有相同的偏振态，所述第二本振光和所述第二脉冲序列具有相同的偏振态；
检测模块905，用于对所述第一脉冲序列和所述第一本振光进行零差探测以及对所述第二脉冲序列和所述第二本振光进行零差探测，获取零差探测结果；
处理模块906，用于根据所述零差探测结果和所述参考脉冲的信息获取所述光脉冲序列内所述信号脉冲的正则分量。
本实施例中，通过将接收到的光脉冲序列分光为偏正正交的第一和第二脉冲序列，将生成的本振光分光为偏振正交的第一和第二本振光，且第一脉冲序列和第一本振光的偏振态相同，第二脉冲序列和第二本振光的偏振态相同，而这样，无需动态偏振控制器也可以对光脉冲序列和本振光进行零差探测，方法简单且成本较低，且，本实施例中，对所述第一脉冲序列和所述第一本振光、所述第二脉冲序列和所述第二本振光分别进行零差探测，在对零差探测结果处理的过程中可以消掉第一和第二脉冲序列分别占光脉冲序列的比例，使得处理结果不依赖于第一和第二脉冲序列分别占光脉冲序列的比例。
其中，可选的，所述检测模块905具体用于：
将所述第一脉冲序列分为强度相同的第三脉冲序列和第四脉冲序列；
将所述第一本振光分为强度相同的第三本振光和第四本振光，其中，第三本振光和所述第三脉冲序列具有相同的偏振态，所述第四本振光和所述第四脉冲序列具有相同的偏振态；
将所述第二脉冲序列分为强度相同的第五脉冲序列和第六脉冲序列；
将所述第二本振光分为强度相同的第五本振光和第六本振光，其中，第五本振光和所述第五脉冲序列具有相同的偏振态，所述第六本振光和所述第六脉冲序列具有相同的偏振态；
对所述第三脉冲序列和所述第三本振光的合光、所述第四脉冲序列和所述第四本振光的合光进行零差探测，获取第一电信号；
对所述第五脉冲序列和所述第五本振光的合光、所述第六脉冲序列和所述第六本振光的合光进行零差探测，获取第二电信号。
进一步，可选的，所述处理模块906具体用于：
根据所述第一电信号和第二电信号得到参考脉冲采样序列和信号脉冲采样序列；
根据所述参考脉冲的信息、所述参考脉冲采样序列和所述信号脉冲采样序列计算第一相位差，所述第一相位差为所述光脉冲序列中所述信号脉冲和所述本振光的相位差；
确定量子态测量基，根据所述第一相位差和所述量子态测量基对所述信号脉冲采样序列进行相位补偿；
根据所述相位补偿后的信号脉冲采样序列计算所述光脉冲序列中所述信号脉冲的正则分量。
可选的，本实施例中，量子信号检测装置为图2所示通信系统中的接收端的量子信号接收机。其中，该量子信号检测装置中各模块分别有多种实现方式。下面结合图10对其中的一种进行举例描述。
如图10所示，本实施例中，该第一分光模块具体为偏振分束器。生成模块具体包括激光光源、脉冲调制器、相位调制器、第一控制器和第二控制器。第二分光模块包括50:50分光器。检测模块具体包括2:2耦合器1、2:2耦合器2、平衡接收机1、平衡接收机2。处理模块具体包括模数变换器(英文：analog-to-digitalconverter，缩写：adc)1、adc2、数据整合器、载波恢复器、密钥恢复器。
下面对图10所示的量子信号检测装置的工作过程进行描述。
在生成模块中，激光光源输出的连续光经脉冲调制器调制后输出脉冲光。该脉冲光进一步经相位调制器调制后，输出带相位信息的脉冲光，也即本振光。其中，在参考脉冲周期，第一控制器用于控制脉冲调制器输出一个光强度较弱的脉冲，第二控制器用于调制一个固定相位(例如0或者π/2)；在信号脉冲周期，第一控制器用于控制脉冲调制器输出一个光强度较大的脉冲，第二控制器用于选择测量基，根据所选择的测量基对脉冲相位进行调制。
在第一分光模块中，偏振分束器用于接收光脉冲序列，将接收到的光脉冲序列分为两路偏振正交的第一脉冲序列和第二脉冲序列。
在第二分光模块中，50:50分光器用于接收生成模块输出的本振光，将本振光分成强度相等的两路光，即第一本振光和第二本振光，且该两路光的偏振态分别和偏振分束器输出的两路光的偏振态一致。
在检测模块中，偏振分束器输出的两路光分别输入到2:2耦合器1、2:2耦合器2，50:50分光器输出的两路光分别输入到2:2耦合器1、2:2耦合器2。其中，第一本振光和第一脉冲序列在2:2耦合器1中进行分光和干涉后，2:2耦合器1输出的两路光信号再分别输入到平衡接收机1中进行零差探测。第二本振光和第二脉冲序列在2:2耦合器2中进行分光和干涉后，2:2耦合器2输出的两路光信号再分别输入到平衡接收机2中进行零差探测。
本实施例中，获取模块具体集成在载波恢复器内，用于从接收端中的协商信息发送接收机获取参考脉冲的信息。
在处理模块中，adc1用于接收平衡接收机1输出的电信号，并输出参考脉冲采样序列和信号脉冲采样序列；adc2用于接收平衡接收机2输出的电信号，并输出参考脉冲采样序列和信号脉冲采样序列。数据整合器用于将adc1输出的参考脉冲采样序列和adc2输出的参考脉冲采样序列进行整合，以及将adc1输出的信号脉冲采样序列和adc2输出的信号脉冲采样序列进行整合；并将整合后的参考脉冲采样序列和信号脉冲采样序列输入到载波恢复器中。载波恢复器根据该参考脉冲采样序列和参考脉冲的信息计算光脉冲序列中所述信号脉冲和所述本振光的相位差，并采用该相位差和量子态测量基对信号脉冲采样序列进行相位补偿。密钥恢复器再根据相位补偿后的信号脉冲采样序列计算所述光脉冲序列中所述信号脉冲的正则分量。
其中，图9所示实施例中，可选的，所述检测模块905具体用于：
将第一脉冲序列平均分为强度相同的第三脉冲序列、第四脉冲序列、第五脉冲序列和第六脉冲序列，将第一本振光分为强度相同的第三本振光、第四本振光、第五本振光和第六本振光，其中，第三脉冲序列和第三本振光具有相同的偏振态，第四脉冲序列和第四本振光具有相同的偏振态，第五脉冲序列和第五本振光具有相同的偏振态，第六脉冲序列和第六本振光具有相同的偏振态；
将第三本振光和第四本振光的相位均增加π/2，或者，将第五本振光和第六本振光的相位均增加π/2；
将第三脉冲序列与第三本振光的合光与第四脉冲序列与第四本振光的合光进行零差探测，输出第一电信号；
将第五脉冲序列与第五本振光的合光与第六脉冲序列与第六本振光的合光进行零差探测，输出第二电信号；
将第二脉冲序列分为强度相同的第七脉冲序列、第八脉冲序列、第九脉冲序列和第十脉冲序列，将第二本振光分为强度相同的第七本振光、第八本振光、第八本振光和第十本振光，其中，第七脉冲序列和第七本振光具有相同的偏振态，第八脉冲序列和第八本振光具有相同的偏振态，第九脉冲序列和第九本振光具有相同的偏振态，第十脉冲序列和第十本振光具有相同的偏振态；
将第七本振光和第八本振光的相位均增加π/2，或者，将第九本振光和第十本振光的相位均增加π/2；
将第七脉冲序列与第七本振光的合光与第八脉冲序列与第八本振光的合光进行零差探测，输出第三电信号；
将第九脉冲序列与第九本振光的合光与第十脉冲序列与第十本振光的合光进行零差探测，输出第四电信号。
其中，对检测模块905的具体解释可参考图4所示实施例的解释说明，在此不再赘述。
进一步，可选的，所述处理模块906具体用于：
根据所述第一电信号和所述第二电信号得到所述第一脉冲序列的采样序列；
根据所述第三电信号和所述第四电信号得到所述第二脉冲序列的采样序列；
根据所述参考脉冲的信息、所述第一脉冲序列的参考脉冲采样序列和所述第二脉冲序列的参考脉冲采样序列获取第二相位差和第三相位差，其中所述第二相位差为所述第一脉冲序列中所述信号脉冲和所述本振光的相位差，所述第二相位差为所述第二脉冲序列中所述信号脉冲和所述本振光的相位差；
根据所述第二相位差、第三相位差、所述第一电信号、所述第二电信号、所述第三电信号和所述第四电信号计算所述光脉冲序列中所述信号脉冲的正则分量。
本实施例中，量子信号检测装置中各模块分别有多种实现方式。下面结合图11对其中的一种进行举例描述。
如图11所示，本实施例中，该第一分光模块具体为偏振分束器。生成模块具体包括激光光源、脉冲调制器、相位调制器、第一控制器和第二控制器。第二分光模块具体为50:50分光器。检测模块具体包括2:4耦合器1、2:4耦合器2、平衡接收机1、平衡接收机2、平衡接收机3、平衡接收机4。处理模块具体包括adc1、adc2、adc3、adc4、数据整合器1、数据整合器2、载波恢复器、密钥恢复器。
下面对图11所示的量子信号检测装置的工作过程进行描述。
生成模块各元件的工作流程和图10所示实施例中生成模块的工作流程相同，在此不再赘述。
第一分光模块的工作流程和图10所示实施例中第一分光模块的工作流程相同，在此不再赘述。第二分光模块的工作流程和图10所示实施例中第二分光模块的工作流程相同，在此不再赘述。获取模块的工作流程和图10所示实施例中获取模块的工作流程相同，在此不再赘述。
在检测模块中，偏振分束器输出的两路光分别输入到2:4耦合器1、2:4耦合器2，第一分光模块输出的两路光分别输入到2:4耦合器1、2:4耦合器2。其中，第一本振光和第一脉冲序列在2:4耦合器1中进行分光和合光干涉，第二本振光和第二脉冲序列在2:4耦合器2中进行分光和合光干涉，其中分光和合光干涉的具体方法请参考图7所示实施例，在此不再赘述。
2:4耦合器1输出的四路光信号中，第三脉冲序列和第三本振光的合光、第四脉冲序列和第四本振光的合光输入到平衡接收机1中进行零差探测，另两路光信号输出到平衡接收机2中进行零差探测。2:4耦合器2输出的四路光信号中，两路光信号输入到平衡接收机3中进行零差探测，另两路光信号输出到平衡接收机4中进行零差探测。
在处理模块中，adc1用于接收平衡接收机1输出的电信号，并输出参考脉冲采样序列和信号脉冲采样序列；adc2用于接收平衡接收机2输出的电信号，并输出参考脉冲采样序列和信号脉冲采样序列。adc3用于接收平衡接收机3输出的电信号，并输出参考脉冲采样序列和信号脉冲采样序列；adc2用于接收平衡接收机2输出的电信号，并输出参考脉冲采样序列和信号脉冲采样序列。
数据整合器1用于将adc1、adc2分别输出的参考脉冲采样序列进行整合，以及将adc1、adc2分别输出的信号脉冲采样序列进行整合；并将整合后的第一脉冲序列的采样序列输入到载波恢复器中。
数据整合器2用于将adc3、adc4分别输出的参考脉冲采样序列进行整合，以及将adc3、adc4分别输出的信号脉冲采样序列进行整合；并将整合后的第二脉冲序列的采样序列输入到载波恢复器中。
载波恢复器的工作流程可参考图8所示实施例中步骤s83的解释说明，密钥恢复器的工作流程可参考图8所示实施例中步骤s84的解释说明，在此不再赘述。
如图12所示，图12为本发明的量子信号检测装置的另一个实施例的结果示意图。本实施例中，量子信号检测装置包括：
第一分光模块1201，用于将接收到的光脉冲序列分为第一脉冲序列和第二脉冲序列，其中，所述第一脉冲序列包括时序交替的且同频率的参考脉冲和信号脉冲，且所述第一脉冲序列的偏振方向为预置方向；
获取模块1202，用于探测第一比例，所述第一比例为所述第一脉冲序列的光强占所述光脉冲序列的光强的比例；
生成模块1203，用于生成本振光，所述本振光为与所述光脉冲序列时序重合的脉冲序列；
第二分光模块1204，用于将所述本振光分光为第一本振光和第二本振光，所述第一本振光和所述第一脉冲序列具有相同的偏振态；
检测模块1205，用于对所述第一脉冲序列和所述本振光进行零差探测，获取零差探测结果；
处理模块1206，用于根据所述零差探测结果和所述第一比例获取所述光脉冲序列内所述信号脉冲的正则分量。
本实施例中，获取模块1203具体包括探测器，用于探测第一序列脉冲的信号脉冲的光强和光序列脉冲中的信号脉冲的光强，并计算该两个光强的比值，即第一比例。第一分光模块1201、生成模块1203和第二分光模块1204的实现方式和图10所示实施例中的实现方式相同，在此不再赘述。检测模块1205和处理模块1206的实现方式和现有技术中的相同，在此不再赘述。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
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