欢迎来到利索能及~ 联系电话:18621327849
利索能及
我要发布
收藏
专利号: 201510824790X
申请人: 上海斐讯数据通信技术有限公司
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 电通信技术
更新日期:2024-10-09
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.一种基于扩展卡尔曼滤波降低QKD系统误码率的方法,其特征在于:包括以下步骤:步骤S1、通过准单光子源生成器生成准单光子源;

步骤S2、通过第一偏振分束器将光脉冲序列分解为两个正交的第一光量子态和第二光量子态,并分别传送至第一光子支路和第二光子支路;通过第一相位调制器对第一光子支路的第一光量子态进行相位编码调制;通过第二偏振分束器将第一光子支路的调制后的第一光量子态和第二光子支路的第二光量子态相干合成为脉冲序列,并传送至光纤传输;

步骤S3、通过第三偏振分束器将从光纤接收的脉冲序列分解为正交的第一光量子态和第二光量子态,并分别传送至第一光子支路和第二光子支路;通过第二相位调制器对第二光子支路的第二光量子态进行相位编码调制;通过第四偏振分束器将第一光子支路的第一光量子态和第二光子支路调制后的第二光量子态进行相干合成,并将输出的光子送入第一单光子探测器或第二单光子探测器;

步骤S4、以至少一个调制周期的相位范围对第二相位调制器的调制电压进行逐点扫描,从最小电压一直扫描到最大电压,在扫描的每个调制电压上都进行N个光脉冲的计数累计,并记录该调制电压点对应的光子累计数值;当完成一个调制周期上的所有电压点的扫描后,得到一组电压单光子数;

步骤S5、根据电压单光子数和QKD系统的干涉输出方程得到系统方程和量测方程,再利用扩展卡尔曼滤波算法进行计算,以得到某时刻的相位漂移参数;

步骤S6、若 则将相位漂移参数值 通过反馈链路送达接收端的第二相位调制器,以进行相位漂移的实时主动补偿;若 不作处理;

所述步骤S5中,

所述系统方程为:

其中,所述系统方程表示当前时刻的值等于前一时刻的值;

所述量测方程:

其中,Nout是单光子输出计数值,Nmax是一个周期内最大单光子输出值,Nmin是一个周期内最小单光子输出值, 为相位漂移参数,V为调制电压。

2.根据权利要求1所述的基于扩展卡尔曼滤波降低QKD系统误码率的方法,其特征在于:所述步骤S2中,设定第一相位调制器的调制电压值固定为0V,对应的相位为0。

3.根据权利要求1所述的基于扩展卡尔曼滤波降低QKD系统误码率的方法,其特征在于:所述步骤S3中,经过所述第四偏振分束器相干合成后,第一光量子态和第二光量子态之间相位差若在0~π之间,则输出的光子进入所述第一单光子探测器,若在-π~0之间,则输出的光子进入所述第二单光子探测器。

4.根据权利要求1所述的基于扩展卡尔曼滤波降低QKD系统误码率的方法,其特征在于:所述步骤S5中,QKD系统的干涉输出方程为:其中,Nout是单光子输出计数值,Nmax是一个周期内最大单光子输出值,Nmin是一个周期内最小单光子输出值; 为相位差。

5.根据权利要求1所述的基于扩展卡尔曼滤波降低QKD系统误码率的方法,其特征在于:所述步骤S5中,进行扩展卡尔曼滤波计算时,需对系统方程和量测方程进行线性化,以得到系统矩阵和量测矩阵;

所述系统矩阵为

所述量测矩阵为

其中:

6.根据权利要求5所述的基于扩展卡尔曼滤波降低QKD系统误码率的方法,其特征在于:所述步骤S5中,进行扩展卡尔曼滤波计算时,根据系统方程、量测方程、系统矩阵和量测矩阵,利用如下公式计算实时相位漂移参数预测方程:

预测协方差方程:

卡尔曼增益:

滤波方程:

滤波协方差:

7.根据权利要求1所述的基于扩展卡尔曼滤波降低QKD系统误码率的方法,其特征在于:所述步骤S6中,进行相位漂移补偿时,通过控制第二相位调制器上的调制电压来获取相位变化值 其中:其中,Vhalf为第二相位调制器的半波电压,Vi为外加调制电压。

8.一种基于扩展卡尔曼滤波降低QKD系统误码率的系统,用于实现权利要求1-7任一项所述的基于扩展卡尔曼滤波降低QKD系统误码率的方法,其特征在于:包括发送端和接收端;

所述发送端包括准单光子源生成器、第一相位调制器、第一偏振分束器和第二偏振分束器;所述准单光子源生成器用于生成准单光子源,所述第一偏振分束器用于将单光子脉冲序列分解为正交的第一光量子态和第二光量子态,并分别传送至第一光子支路和第二光子支路;所述第一相位调制器用于对第一光子支路的第一光量子态进行相位编码调制;所述第二偏振分束器用于将第一光子支路的调制后的第一光量子态和第二光子支路的第二光量子态相干合成为脉冲序列,并传送至光纤传输;

所述接收端包括第二相位调制器、第三偏振分束器、第四偏振分束器、第一单光子探测器、第二单光子探测器和扩展卡尔曼滤波模块;所述第三偏振分束器用于将从光纤接收的脉冲序列分解为正交的第一光量子态和第二光量子态,并分别传送至第一光子支路和第二光子支路;所述第二相位调制器用于对第二光子支路的第二光量子态进行相位编码调制;

所述第四偏振分束器用于将第一光子支路的第一光量子态和第二光子支路的调制后的第二光量子态进行相干合成,并将输出的光子送入所述第一单光子探测器或所述第二单光子探测器;所述第一单光子探测器和所述第二单光子探测器用于探测输出的单光子数,从而得到QKD系统的测量值;所述扩展卡尔曼滤波模块用于根据对所述第一单光子探测器和所述第二单光子探测器输出的单光子数和所述第二相位调制器的调制电压进行实时采样,实时获取相位漂移参数,并反馈至所述第二相位调制器。

9.根据权利要求8所述的基于扩展卡尔曼滤波降低QKD系统误码率的系统,其特征在于:经过所述第四偏振分束器相干合成后,第一光量子态和第二光量子态之间相位差若在0~π之间,则输出的光子进入所述第一单光子探测器,若在-π~0之间,则输出的光子进入所述第二单光子探测器。