一种用于TF-QKD的双波长偏振反馈方法与流程

本发明属于量子通信，具体涉及一种用于tf-qkd的双波长偏振反馈方法。

背景技术：

1、双场量子密钥分发(tf-qkd)是一种新型的量子密钥分发协议，具有更好的抗干扰性和更高的成码率，在链路较长时有优势。tf-qkd有alice、bob、charlie三端，alice与bob使用相位编码信息，发送到charlie处进行干涉，然后用2个单光子探测器进行测量，其基本架构如图1所示。

2、为了实现低错误率、稳定的干涉，进入光干涉模块的2束光偏振需要保持相同。现有的方案中，alice与bob端进行相位编码后，发出的量子态均为单偏振。要获得比较高性能的干涉，charlie端在量子态光输入光干涉模块之前需要先通过pbs(偏振分束棱镜)起偏以保证偏振的一致性。然而，如果直接将alice(bob)的光输入到pbs起偏，因为光在普通单模光纤中传输会造成偏振态的改变，所以输入pbs光的偏振方向可能会与pbs的偏振方向相差较大，会导致探测效率的下降。因此需要在信号光输入pbs之前调整偏振，使得偏振方向与pbs一致。

3、在tf-qkd系统中，需要获取或控制光纤链路传输引起的相位变化，所以需要相位参考光。相比单波长的相位参考方案，采用双波长的光进行相位参考可以降低系统中的噪声。需要让alice与bob发送2种波长分别为λ1和λ2的光脉冲，分别作为“强相位参考”和“弱相位参考”，其中强相位参考光用来进行快速的相位补偿，而弱相位参考光波长与信号光波长相同，用来做慢速的剩余相位补偿。通过强弱相位参考光脉冲可以将链路中的相位变化完全控制或补偿。两种相位参考光与信号光在进入光干涉模块前都需要输入pbs起偏，以保证alice端与bob端输入光的偏振方向一致。

4、对输入pbs的λ1波长光和λ2波长光有不同的偏振需求。具体来说，对于λ2波长光，目的是通过调整偏振使得λ2波长光与pbs的偏振差距尽可能小，从而使信号光尽量多进入光干涉模块产生信号；对于λ1波长光，目的是通过调整偏振使得λ1波长光与pbs的偏振差距在一定范围内，从而分出一定的光强用来做相位估计。由于单模光纤中波长依赖性的双折射，两种波长在经过光纤传输后，偏振变化可能会有所不同。仅仅简单地调整偏振可能会导致不同波长光的偏振发生不同的变化，导致2个波长偏振的变化并不一致。因此现有的方案在使用1台偏振控制器时难以同时满足两种波长光的偏振控制的要求。

技术实现思路

1、本发明提出了一种用于tf-qkd的双波长偏振反馈方法，来自于alice或bob端的光进入光干涉模块之前，先通过偏振分束器pbs，根据偏振态分束；

2、分束后的光一路进入干涉模块，另一路进入波分复用器wdm，分为λ1、λ2两束光，分别进入两个探测器a、b；

3、charlie端将两个探测器的探测的计数率发送给偏振控制器进行偏振调整，偏振调整步骤如下：

4、alice或bob端根据charlie端的测量结果，通过偏振控制器调整偏振，将探测器a的计数率调整到目标值以下；

5、在探测器a的计数率进入预期范围后，以探测器b的计数率作为输入，通过偏振控制器调整λ2波长光的偏振，将探测器b的计数率调整到预期范围以内；

6、如果探测器a的计数率仍落在预期范围内，则步骤结束，如果探测器a的计数率超出了预期范围，则再次基于探测器a的计数率调整偏振。

7、进一步地，当探测器a的计数率达到其预期范围的上限时，或者探测器b的计数率达到其预期范围的上限时，再次开始偏振步骤的调整。

8、进一步地，在执行偏振反馈时，当计数率接近目标值时，为偏振控制器设置一个小电压步长，以便精确调整。

9、进一步地，在执行偏振反馈前，进行系统初始化，偏振控制器调整偏振，直至探测器a的计数率达到最大，记录探测器a的最大计数率；调整偏振，直至探测器b的计数率达到最大，记录探测器b的最大计数率。

10、进一步地，设置探测器a的目标值为探测器a的最大计数率的10％。

11、进一步地，探测器b的计数率的预期范围为小于探测器b的最大计数率的10％。

12、进一步地，探测器a的计数率的预期范围为探测器a的最大计数率的5％到30％。

13、进一步地，偏振控制器为三桨或四桨偏振控制器。

14、相比于现有技术，本发明具有如下有益技术效果：

15、现有的方案在同时对2种波长的光进行偏振反馈时，会造成不可预测的漂移，并且随时间的进行放大这种漂移。而本方案能实现较为稳定的双波长反馈。采用特定的结构器件与方法，在tf-qkd系统中，同时实现对2种波长的参考光进行偏振反馈。对2种波长的光分别实现不同要求的偏振反馈。能够及时地开启与关闭反馈，使得随着时间进行，偏振态能够维持在较为稳定的范围内。通过范围设置与迭代的方式，实现两个波长偏振控制，满足系统对偏振的需求。

技术特征：

1.一种用于tf-qkd的双波长偏振反馈方法，其特征在于，来自于alice或bob端的光进入光干涉模块之前，先通过偏振分束器pbs，根据偏振态分束；

2.根据权利要求1所述的双波长偏振反馈方法，其特征在于，当探测器a的计数率达到其预期范围的上限时，或者探测器b的计数率达到其预期范围的上限时，再次开始偏振步骤的调整。

3.根据权利要求1所述的双波长偏振反馈方法，其特征在于，在执行偏振反馈时，当计数率接近目标值时，为偏振控制器设置一个小电压步长，以便精确调整。

4.根据权利要求1所述的双波长偏振反馈方法，其特征在于，在执行偏振反馈前，进行系统初始化，偏振控制器调整偏振，直至探测器a的计数率达到最大，记录探测器a的最大计数率；调整偏振，直至探测器b的计数率达到最大，记录探测器b的最大计数率。

5.根据权利要求1所述的双波长偏振反馈方法，其特征在于，设置探测器a的目标值为探测器a的最大计数率的10％。

6.根据权利要求1所述的双波长偏振反馈方法，其特征在于，探测器b的计数率的预期范围为小于探测器b的最大计数率的10％。

7.根据权利要求1所述的双波长偏振反馈方法，其特征在于，探测器a的计数率的预期范围为探测器a的最大计数率的5％到30％。

8.根据权利要求1所述的双波长偏振反馈方法，其特征在于，偏振控制器为三桨或四桨偏振控制器。

技术总结
本发明提出了一种用于TF‑QKD的双波长偏振反馈方法，涉及量子通信技术领域，来自于Alice或Bob端的光进入光干涉模块之前，先通过偏振分束器PBS，根据偏振态分束；分束后的光一路进入干涉模块，另一路进入波分复用器WDM，分为波长为λ<subgt;1</subgt;、λ<subgt;2</subgt;的两束光，分别进入A、B两个探测器；Charlie端将两个探测器的探测的计数率发送给偏振控制器进行偏振调整。通过范围设置与迭代的方式，实现两个波长偏振控制，满足系统对偏振的需求。

技术研发人员：刘洋,曲焜,张强
受保护的技术使用者：济南量子技术研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15