基于量子比特误码率进行寻优的方法、装置、介质和设备与流程

本发明涉及量子通信，尤其涉及基于量子比特误码率进行寻优的方法、装置、介质和设备。

背景技术：

1、通常，在量子通信系统（特别是，量子密钥分发系统）中，使用量子比特误码率（quantum bit error rate，qber）来衡量量子比特在传输或测量过程中的错误率，并且量子比特误码率越低，量子通信系统传输的量子比特或测量结果越准确，这意味着量子通信系统具备高的安全密钥生成率。因此，量子比特误码率是量子通信系统的关键性能指标之一，其可用于评估量子通信系统的质量和安全性。

2、然而，随着时间的推移，在量子通信系统中，设置在发射端中的强度调制器的消光比并不总是保持无穷大，即，无法将待传输的光脉冲的强度衰减至最小，这使得接收端不易从接收到的光脉冲中区分出杂散光，杂散光的存在会导致接收端检测错误，进而增大系统的量子比特误码率，使其无法以最小量子比特误码率稳定地运行。因此，用于调制光脉冲量子态的强度调制器的消光比的稳定性会限制量子通信系统的性能。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供基于量子比特误码率进行寻优的方法、装置、介质和设备。

2、根据本发明的一方面，提供了一种基于量子比特误码率进行寻优的方法，所述方法包括：使用光学编码模块将量子比特信息制备到光源输出的光脉冲中，其中，所述光学编码模块包括强度调制器，所述强度调制器通过施加至所述强度调制器的强度调制电压衰减光脉冲的强度；经由光纤或自由空间向接收端发射制备的光脉冲；经由光纤或自由空间从发射端接收制备的光脉冲；使用光学解码模块解码接收到的光脉冲中所携带的量子比特信息；按照预定步长改变施加至所述强度调制器的偏置电压，以获取在各个偏置电压下通过所述解码得到的量子比特信息；将在各个偏置电压下通过所述解码得到的量子比特信息与用于所述制备的量子比特信息进行比较，以统计在各个偏置电压下通过所述解码得到的与用于所述制备的量子比特信息不一致的量子比特信息的数量；基于在各个偏置电压下通过所述解码得到的与用于所述制备的量子比特信息不一致的量子比特信息的数量和用于所述制备的量子比特信息的数量之间的比值，确定在各个偏置电压下的量子比特误码率；将施加至所述强度调制器的偏置电压锁定至在各个偏置电压下的量子比特误码率中的最小值对应的偏置电压。

3、根据本发明的一个实施例，所述偏置电压为所述强度调制器在未施加所述强度调制电压时的工作电压。

4、根据本发明的一个实施例，所述光学编码模块包括在所述发射端中，所述光学解码模块包括在所述接收端中。

5、根据本发明的一个实施例，所述量子比特信息以光脉冲的偏振态、相位态和时间态中的至少一者制备到光脉冲中。

6、根据本发明的一个实施例，包括所述发射端和所述接收端的量子通信系统为基于cow量子密钥分发协议的量子密钥分发系统。

7、根据本发明的一个实施例，所述光学解码模块包括用于探测光脉冲的数据探测器以及用于监测光脉冲之间的相干性的监测探测器。

8、根据本发明的一个实施例，所述光学解码模块通过所述数据探测器探测接收到的光脉冲。

9、根据本发明的另一方面，还提供了一种基于量子比特误码率进行寻优的装置，所述装置包括：光制备单元，被配置为使用光学编码模块将量子比特信息制备到光源输出的光脉冲中，其中，所述光学编码模块包括强度调制器，所述强度调制器通过施加至所述强度调制器的强度调制电压衰减光脉冲的强度；光发送单元，被配置为经由光纤或自由空间向接收端发射制备的光脉冲；光接收单元，被配置为经由光纤或自由空间从发射端接收制备的光脉冲；光探测单元，被配置为使用光学解码模块解码接收到的光脉冲中所携带的量子比特信息；偏置电压步进单元，被配置为按照预定步长改变施加至所述强度调制器的偏置电压，以获取在各个偏置电压下通过所述解码得到的量子比特信息；量子比特比对单元，被配置为将在各个偏置电压下通过所述解码得到的量子比特信息与用于所述制备的量子比特信息进行比较，以统计在各个偏置电压下通过所述解码得到的与用于所述制备的量子比特信息不一致的量子比特信息的数量；误码率计算单元，被配置为基于在各个偏置电压下通过所述解码得到的与用于所述制备的量子比特信息不一致的量子比特信息的数量和用于所述制备的量子比特信息的数量之间的比值，确定在各个偏置电压下的量子比特误码率；偏置电压锁定单元，被配置为将施加至所述强度调制器的偏置电压锁定至在各个偏置电压下的量子比特误码率中的最小值对应的偏置电压。

10、根据本发明的一个实施例，所述偏置电压为所述强度调制器在未施加所述强度调制电压时的工作电压。

11、根据本发明的一个实施例，所述光学编码模块包括在所述发射端中，所述光学解码模块包括在所述接收端中。

12、根据本发明的一个实施例，所述量子比特信息以光脉冲的偏振态、相位态和时间态中的至少一者制备到光脉冲中。

13、根据本发明的一个实施例，包括所述发射端和所述接收端的量子通信系统为基于cow量子密钥分发协议的量子密钥分发系统。

14、根据本发明的一个实施例，所述光学解码模块包括用于探测光脉冲的数据探测器以及用于监测光脉冲之间的相干性的监测探测器。

15、根据本发明的一个实施例，所述光学解码模块通过所述数据探测器探测接收到的光脉冲。

16、根据本发明的另一方面，还提供了一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，当所述计算机程序在被处理器执行时，实现如前面所述的基于量子比特误码率进行寻优的方法。

17、根据本发明的另一方面，还提供了一种计算机设备，所述计算机设备包括：处理器；存储器，存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如前面所述的基于量子比特误码率进行寻优的方法。

18、本发明所提供的基于量子比特误码率进行寻优的方法、装置、介质和设备为强度调制器寻找到最佳偏置电压，以使强度调制器的消光比保持在最大值，从而将经由强度调制器传输的光脉冲的强度衰减至最小。对于量子通信系统而言，可有效地避免由于杂散光的存在而导致的检测错误。这样可使得量子通信系统的量子比特误码率达到最小，进而提升系统的成码率。

技术特征：

1.一种基于量子比特误码率进行寻优的方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述偏置电压为所述强度调制器在未施加所述强度调制电压时的工作电压。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光学编码模块包括在所述发射端中，所述光学解码模块包括在所述接收端中。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述量子比特信息以光脉冲的偏振态、相位态和时间态中的至少一者制备到光脉冲中。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，包括所述发射端和所述接收端的量子通信系统为基于cow量子密钥分发协议的量子密钥分发系统。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述光学解码模块包括用于探测光脉冲的数据探测器以及用于监测光脉冲之间的相干性的监测探测器。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述光学解码模块通过所述数据探测器探测接收到的光脉冲。

8.一种基于量子比特误码率进行寻优的装置，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述偏置电压为所述强度调制器在未施加所述强度调制电压时的工作电压。

10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述光学编码模块包括在所述发射端中，所述光学解码模块包括在所述接收端中。

11.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述量子比特信息以光脉冲的偏振态、相位态和时间态中的至少一者制备到光脉冲中。

12.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，包括所述发射端和所述接收端的量子通信系统为基于cow量子密钥分发协议的量子密钥分发系统。

13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述光学解码模块包括用于探测光脉冲的数据探测器以及用于监测光脉冲之间的相干性的监测探测器。

14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述光学解码模块通过所述数据探测器探测接收到的光脉冲。

15.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其特征在于，当所述计算机程序被处理器执行时，实现权利要求1至7中任意一项所述的基于量子比特误码率进行寻优的方法。

16.一种计算设备，其特征在于，包括：

技术总结
本发明提供基于量子比特误码率进行寻优的方法、装置、介质和设备，所述方法包括：将量子比特信息制备到光源输出的光脉冲中；向接收端发射制备的光脉冲；从发射端接收制备的光脉冲；解码接收到的光脉冲中所携带的量子比特信息；按照预定步长改变强度调制器的偏置电压；统计在各个偏置电压下不一致的量子比特信息的数量；基于在各个偏置电压下不一致的量子比特信息的数量和用于制备的量子比特信息的数量之间的比值确定在各个偏置电压下的量子比特误码率；将强度调制器的偏置电压锁定至量子比特误码率中的最小值对应的偏置电压。本发明能够为强度调制器寻找到最佳偏置电压，确保强度调制器的消光比保持在最大值。

技术研发人员：佘祥胜,王其兵,王林松,陈柳平,李杨
受保护的技术使用者：国开启科量子技术（安徽）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15