引用本文:

黄彪,韩贺松,黄永梅,等. CVQKD中块平均参考相位估计算法的性能优化[J]. 光通信技术,2021,45(6):18-21.

CVQKD中块平均参考相位估计算法的性能优化

黄 彪1~5,韩贺松4,黄永梅1, 3, 5*,彭真明2

(1. 中国科学院 光电技术研究所,成都 610209;2. 电子科技大学,成都 610054;3. 中国科学院大学,北京 100049; 4. 西南通信研究所,成都 610041;5. 中国科学院 光束控制重点实验室,成都 610209)

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摘要:块平均参考相位估计算法能够有效降低连续变量量子密钥分发的相位补偿噪声方差。为了使块平均参考相位估计算法的性能达到最优,根据相位漂移变化的数学模型,从理论上分析了该算法的均方误差特性,并得到最优的块长度取值。仿真结果表明:最优相位估计可使系统的相位补偿噪声方差降低72%,从而最大化提升安全密钥的成码距离。

关键词:量子密钥分发;连续变量;参考脉冲;相位估计;相位补偿

中图分类号:TN256 文献标志码:文章编号:1002-5561(2021)06-0018-04

DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2021.06.005

0 引言

      连续变量量子密钥分发(CVQKD)是一种在公共信道中建立安全共享密钥的技术[1]。在CVQKD技术中,基于高斯调制相干态(GMCS)的CVQKD协议仅需使用标准的光通信器件就可以实现相干态量子信号的制备和探测[2],因而具有极大的应用价值。近年来,为了解决传统GMCS-CVQKD系统中由于本振光传输而导致的漏洞攻击问题[3],一种基于本地本振光(LLO)的CVQKD方案被提出[4]。由于接收端产生的本振光不会被窃听者控制,因此该方案可以完全避免因本振光传输而带来的安全问题。随后,一些改进的LLO-CVQKD协议被提出并得到实验验证[5-7]。

  准确估计参考相位对提高LLO-CVQKD方案的实际安全性十分重要[8-11]。由于信道干扰、参考脉冲光子泄露以及探测器误差的影响,参考相位测量结果不可避免地叠加了一个相位噪声,导致参考相位估计误差的增加。现有的实验系统一般采用块平均参考相位估计方案,即对连续多个参考脉冲的相位测量结果取平均值来抑制参考脉冲的相位噪声[12]。然而,现有的实验系统在选择块长度时忽略了相位漂移随机变化的特性,于是未能取得最优的估计结果。为了最优化块平均参考相位估计算法的估计性能,本文根据相位漂移变化的数学模型,从理论上分析块平均参考相位估计算法的均方误差随块长度变化的曲线特性,从而得到最优的块长度取值。

5 结束语
       块平均参考相位估计算法可以有效降低LLO-CVQKD系统的相位补偿噪声方差。本文根据相位漂移的数学模型,从理论上分析了块平均参考相位估计算法的均方误差随块长度的变化特性。仿真结果表明:在实际系统中,为了确定最优块长度的取值,需要实时测定相位噪声方差。相位噪声方差的大小和估计误差可能导致最优块长度取值存在一定的偏差。因此,下一步工作是分析实际系统中相位噪声方差的大小和估计误差对最优块长度取值的灵敏度影响,设计高效准确的相位噪声方差测量方案。另外,研究更加有效的相位估计方案也是未来的工作重点。