专利名称：一种用于提高相位调制器半波电压测量可信度的方法
技术领域：
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：
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。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η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
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。为了实现上述目的，本发明的技术方案为: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:S1.设置单个相位扫描点所需发送的光子脉冲数N ；S2.根据通信系统设置相关参数，包含平均每脉冲光子数U、传输衰减率\及探测器的平均探测效率n，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 ；S3.设置不完善干涉引起的误码率阈值QBERmt和半波电压测量可信度y ；S4.根据误码率阈值QBERtjpt计算出相位误差Ap并计算出起始相位角;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
测到的光子数目=;
权利要求
1.一种用于提高相位调制器半波电压测量可信度的方法，其特征在于，包括以下步骤: 51.设置单个相位扫描点所需发送的光子脉冲数N; 52.根据通信系统设置相关参数，包含平均每脉冲光子数U、传输衰减率\及探测器的平均探测效率n，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; 53.设置不完善干涉引起的误码率阈值QBERtjpt和半波电压测量可信度y； 54.根据误码率阈值QBERtjpt计算出相位误差，并计算出起始相位角a=7t-h(p； 55.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_时所需探测到 的光子数目k，
2.根据权利要求1所述的用于提高相位调制器半波电压测量可信度的方法，其特征在于，所述步骤SI中光子脉冲数N大于1X103。
3.根据权利要求1所述的用于提高相位调制器半波电压测量可信度的方法，其特征在于，所述步骤S2中每个光子从发送端到达探测器的概率X为n (1-入)。
4.根据权利要求1或3所述的用于提高相位调制器半波电压测量可信度的方法，其特征在于，所述y的范围为0-1, A的范围为0-1, n的范围为0-1。
5.根据权利要求1所述的用于提高相位调制器半波电压测量可信度的方法，其特征在于，所述误码率阈值QBERtjpt为0-11.5%。
6.根据权利要求1所述的用于提高相位调制器半波电压测量可信度的方法，其特征在于，所述步骤S4中误码率阈值QBERtjpt与相位误差Ap的关系式为
7.根据权利要求1所述的用于提高相位调制器半波电压测量可信度的方法，其特征在于，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:
全文摘要
本发明涉及量子保密通信领域，公开了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。该方法通过对光子计数统计起伏对半波电压测量可信度的分析，确定在发送有限光子脉冲条件下，为使相位调制器半波电压的测量在给定精度下达到一定可信度，单光子探测器在半波电压波峰需探测的光子数，从而提高测量数据的可信度。通过由不完善干涉导致的误码率求出允许相位误差，确定计数起始相位角，并通过统计方法获取光子计数与半波电压测量可信度的关系。该方法有效解决了光子计数统计起伏对测量可信度的影响，适用于常用的相位编码系统，为量子密钥分发系统提供了一种有实际应用价值的精确相位测量方案。
文档编号H04L9/08GK103178954SQ20131007841
公开日2013年6月26日 申请日期2013年3月12日 优先权日2013年3月12日
发明者王赓, 魏正军, 陈文芬, 郭莉, 王金东, 张智明, 郭健平, 刘颂豪 申请人:华南师范大学