°、45°和135°，可见两组偏振态之间是非正交的，而每组的两个偏振态之间是正交的。这样的量子密钥分发系统进行偏振补偿，要同时补偿两个非正交的偏振态，例如0°和45°，在图1的Poincar6球上，0°对应点A。，45°对应点B。。
[0039]评估误码率时在长度为M的原始密钥中公开密钥长度为N (远小于M)的量子密钥分发系统，采用误码率和不确定率联合反馈的光子偏振态补偿方法，同时补偿两个非正交的偏振态0°和45°，包括以下步骤:
[0040](a)、接收端在长度为M的原始密钥所在的有效探测序列内随机挑选N’位对基失败的探测结果，称为伪密钥，通过经典信道向发送端公开；
[0041](13)、将0°标记为A，将45°标记为B;
[0042](c)、将A在Poincar6球上对应的点记为Atl, Atl是A在接收端的期望偏振态，将B在Poincar6球上对应的点记为Btl, Btl是B在接收端的期望偏振态，A ^与B C1的夹角，即相应半径的夹角，取值范围为(0，π);
[0043](d)、在公开的N位密钥中，统计A的误码率为Ea;
[0044](e)、在Poincar6球上作圆&，使得CeI的点与Atl的夹角的半角的余弦值为(1-Ea)的正平方根；
[0045](f)、在公开的N’位伪密钥中，统计发送端编码为A但接收端探测为B的概率，即A相对B的不确定率，记为Ua;
[0046](g)、在Poincar6球上作圆Cu,使得Cu上的点与B。的夹角的半角的余弦值为U 4的正平方根；
[0047](h)、将Ce记为Cea，将Cu记为Cua，然后将O°标记为B，将45°标记为A，重复步骤(c)?(g)，将得到的Ce记为C EB，将得到的Cu记为C UB，如图1所示；
[0048](i)、因为Cea与C UA、CEB与CUB均有2个交点，而C EB对应的误码率较大，所以先对C EB与Cub的2个交点进行试探性补偿来判定接收端的实时偏振态B i，接着从Cea与C ^的2个交点中选择与已判定的B1的夹角最接近直角的点作为另一个实时偏振态A1，然后去除试探性补偿，根据选定的AjPB 1进行补偿，然后转到(a)进行下一轮补偿；
[0049]本发明对Ceb与C⑶的2个交点进行试探性补偿判定实时偏振态的方法为:随机选取I个交点向2个交点的中点补偿，如果误码率减小，则判定选取的点为实时偏振态，反之，则判定另一个点为实时偏振态。
[0050]本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
【主权项】
1.一种误码率和不确定率联合反馈的光子偏振态补偿方法，其特征是它包括以下步骤: 将量子密钥分发系统期望接收的光子偏振态用Poincar6球上的一个点表不，实时偏振态与期望偏振态的夹角就对应当前的误码率，实时偏振态与期望的非正交偏振态的夹角就对应当前的不确定率； 统计发送端和接收端对基成功时光子偏振态对自身偏振态的误码率，在Poincar6球上将实时偏振态定位到相对期望偏振态的夹角对应前述误码率的圆上； 统计发送端和接收端对基失败时光子偏振态对期望的非正交偏振态的不确定率，在Poincare球上进一步将实时偏振态定位到前述圆上的两个点； 前述两个点到期望偏振态和期望的非正交偏振态的夹角都是相等的，随机选择一个点作为实时偏振态进行试探性补偿，如果误码率减小，则可判定选择正确，反之，另一点即是实时偏振态； 根据判定的实时偏振态，按照通用的方法调节偏振控制装置，实现对量子密钥分发系统光子偏振态的补偿。
2.根据权利要求1所述的误码率和不确定率联合反馈的光子偏振态补偿方法，其特征是:量子密钥分发系统每次在长度为M的原始密钥中公布N位用于统计误码率，其中N远小于M，在原始密钥所在的有效探测序列中公布N位伪密钥用于统计不确定率，利用误码率和不确定率在Poincar6球估计接收端的光子偏振态，实现同时补偿两个非正交的偏振态I +>和I H〉，具体包括以下步骤: (a)、量子密钥分发系统的接收端在长度为M的原始密钥所在的有效探测序列内随机挑选N’位对基失败的探测结果，称为伪密钥，通过经典信道向发送端公开，其中N’多N ; (b)、将非正交的两个偏振态I+>和I H〉分别标记为A和B ; (c)、将A在Poincar6球上对应的点记为Atl,Atl是A在接收端的期望偏振态，将B在Poincare球上对应的点记为Btl, Btl是B在接收端的期望偏振态，A ^与B C1的夹角，即相应半径的夹角，取值范围为(0，π); (d)、在公开的N位密钥中，统计A的误码率为Ea; (e)、在Poincar6球上作圆&，使得该圆CE±的点与Aci的夹角的半角的余弦值为(1-Ea)的正平方根； (f)、在公开的N’位伪密钥中，统计发送端编码为A但接收端探测为B的概率，即A相对B的不确定率，记为Ua; (g)、在Poincar6球上作圆Cu，使得该圆(:?上的点与B^的夹角的半角的余弦值为U 4的正平方根； (h)、将Ce记为CEA，将Cu记为C UA，然后将非正交的偏振态I +>和I H〉分别标记为B和A，重复步骤(c)?(g)，将得到的将Ce记为C EB，将Cu记为C (i)、按照下述情况判定实时偏振态，采取通用的方法调节偏振控制装置，实现对量子密钥分发系统光子偏振态的补偿: 如果Cea与C UA、CEB与C ?均仅有I个交点，则将这两个点分别作为A在接收端的实时偏振态仏和B在接收端的实时偏振态B 1进行补偿，然后转到(a)进行下一轮补偿； 如果Cea与C I个交点，C四与C册有2个交点，则先将C ^与C UA的交点作为A在接收端的实时偏振态A1，接着对Ceb与Cub的2个交点进行试探性补偿来判定B在接收端的实时偏振态B1，然后去除试探性补偿，根据选定的AjPB 1进行补偿，然后转到(a)进行下一轮补偿； 如果Cea与C ^有I个交点，C吧与C ^没有交点，则先将C ^与C UA的交点作为A在接收端的实时偏振态A1，接着在Ceb与C UB上取相互距离最近的2个点，从中选取与A 夹角最接近直角的点作为B在接收端的实时偏振态B1，根据选定的仏和B 1进行补偿，然后转到(a)进行下一轮补偿； 如果Cea与CUA、CEB与Cub均有2个交点，则先对误码率较大的两个点进行试探性补偿来判定一个实时偏振态八1或B i，接着从误码率较小的两个点中选择与已判定的八1或B i的夹角最接近直角的点作为另一个实时偏振态81或A i，然后去除试探性补偿，根据选定的仏和81进行补偿，然后转到(a)进行下一轮补偿； 如果Cea与C ^有2个交点，C四与C册有I个交点，则先将C四与C ?的交点作为B在接收端的实时偏振态B1，接着对Cea与C ^的2个交点进行试探性补偿来判定A在接收端的实时偏振态A1，然后去除试探性补偿，根据选定的AjP B1S行补偿，然后转到(a)进行下一轮补偿； 如果Cea与C ^有2个交点，C吧与C ^没有交点，则先对C ^与C ?4的2个交点采用试探性补偿来判定A的实时偏振态A1，接着在Ceb与Cub上取相互距离最近的2个点，从中选取与A1的夹角最接近直角的点作为B在接收端的实时偏振态B i，然后去除试探性补偿，根据选定的仏和B 1进行补偿，然后转到(a)进行下一轮补偿； 如果Cea与CUA、Ceb与Cub均没有交点，此时两组圆各有2个相互距离最近的点，则先选取相互距离更近的位于Cea或C EB上的那个点作为一个实时偏振态A 1或B i，接着从另一组相互距离最近的2个点中选择与已判定的仏或B1的夹角最接近直角的点作为另一个实时偏振态&或A1，根据选定的AjPB 1进行补偿，然后转到(a)进行下一轮补偿； 如果Cea与C UA没有交点，C吧与C ^有I个交点，则将C吧与C ?的交点作为B在接收端的实时偏振态B1，接着在Cea与Cua上取相互距离最近的2个点，从中选择与B i的夹角最接近直角的点作为A在接收端的实时偏振态A1，根据选定的仏和B i进行补偿，然后转到(a)进行下一轮补偿； 如果Cea与C UA没有交点，C四与C册有2个交点，则先对C册与C现的2个交点采用试探性补偿来判定B的实时偏振态B1，接着在Cea与Cua上取相互距离最近的2个点，从中选取与B1的夹角最接近直角的点作为A在接收端的实时偏振态々1，然后去除试探性补偿，根据选定的AjPB 1进行补偿，然后转到(a)进行下一轮补偿。
3.根据权利要求2所述的误码率和不确定率联合反馈的光子偏振态补偿方法，其特征是:对2个交点进行试探性补偿判定实时偏振态的方法是随机选取I个交点向2个交点的中点补偿，如果该偏振态的误码率减小，则判定选取的点为实时偏振态，反之，则判定另一个点为实时偏振态。
4.根据权利要求2所述的误码率和不确定率联合反馈的光子偏振态补偿方法，其特征是:去除试探性补偿的方法是将偏振补偿装置还原到试探性补偿前的状态。
【专利摘要】一种误码率和不确定率联合反馈的光子偏振态补偿方法，量子密钥分发系统每次在长度为M的原始密钥中公布N位用于统计误码率，其中N远小于M，在原始密钥所在的有效探测序列中公布N'位伪密钥用于统计不确定率，利用误码率和不确定率在Poincaré球估计接收端的光子偏振态，实现同时补偿两个非正交的偏振态|+>和|H>。本发明的方法能在不影响量子密钥分发系统通信效率和距离、不增加系统成本的情况下对两个非正交的光子偏振态进行实时精确补偿。
【IPC分类】H04L9-08, H04B10-70
【公开号】CN104852797
【申请号】CN201510228202
【发明人】周华, 朱勇, 苏洋, 赵继勇, 徐智勇, 武欣嵘, 何敏, 王艺敏, 吴传信, 王衍波, 项鹏
【申请人】中国人民解放军理工大学
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年5月6日