1.研究背景与动机：

• 背景：相干态作为光通信系统的核心信息载体，在星地通信及低光子通量场景中具有重要应用价值。然而，弱信号的高效检测对接收灵敏度提出了更高要求。

• 现有问题：传统接收方案受限于标准量子极限（SQL），量子增强接收技术虽能突破经典散粒噪声限制，但现有光子数分辨（PNR）方案存在系统复杂性和高成本问题。

• 研究动机：提出一种基于存储环的光子数分辨QPSK量子增强接收方案，在保持量子优势的同时显著降低实现复杂度。

2.量子增强接收机模型：

• 结构组成：由分束镜、单光子探测器（SPD）、量子反馈控制器和本振相干模块构成。

• 工作流程：输入信号相干态脉冲被均分为N个时域分区，通过分阶段位移策略和量子信息前馈处理，实现相干态符号的贝叶斯最优判决。

• 测量与判决：信号光脉冲与本振光位移算子干涉后，由SPD进行探测，动态探测结果对应的测量算符用于更新信号后验概率，最终选择使后验概率最大化的信号状态作为接收判决结果。

3.量子增强接收机的优化：

• 光子数分辨技术：引入基于存储环的SPD光子数分辨技术，采用光纤存储环、SPD和现场可编程门阵列（FPGA）控制系统构成的存储环类PNRD。

• 光子数分辨原理：初始光子数通过耦合器进入光纤存储环，每轮循环中环内光子以耦合率输出至SPD，剩余光子继续循环，直至环内光子数趋近于零，最终输出光子数估计值。

• 探测效率与暗计数分析：考虑光子多轮循环和暗计数影响，通过动态调整耦合率优化探测效率，降低暗计数率。

4.实验仿真与结果分析：

• 理想条件下的性能对比：在理想情况下，存储环类PNRD方案的误符号率显著低于传统SPD方案。

• 非理想探测效率的影响：相较于使用SPD，采用存储环类PNRD的量子增强接收机在相同条件下能够有效降低误符号率。

• 实验条件下的性能验证：在实际实验参数约束下，存储环结构在较高光子数区域保持性能优势，虽未能突破SQL，但展现了光子数分辨能力的固有优势。

• 高探测效率优化：基于当前探测器技术发展水平，优化探测器效率参数后，存储环类PNRD在平均光子数大于1.7时误符号率性能优于传统SPD，且在平均光子数为2时误符号率降低约10%。

5.结论与展望：

• 研究成果：提出了一种基于存储环结构的低成本、易操作类PNRD量子增强接收方案，为QPSK信号解调和量子信息处理提供了有效的解决方案。

• 性能表现：研究结果表明，存储环类PNRD量子增强接收机在微弱信号检测方面展现出更优的性能表现，具有突破SQL的能力。

• 实用价值：为量子通信系统中微弱信号检测提供了一种具有实用价值的解决方案。

该文件通过理论分析和实验仿真，验证了基于存储环的光子数分辨QPSK量子增强接收方案的有效性和优越性，为量子通信领域的研究提供了新的思路和方法。