[发明专利]基于演化历史重构的光子偏振态补偿方法

权利要求书

1.一种基于演化历史重构的光子偏振态补偿方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(a)、量子通信发送端使用两组或三组非正交的基对光子偏振态进行编码，接收端使用三组非正交的基对光子偏振态进行解码，发送端和接收端至少有两组基相同；

(b)、量子通信发送和接收的重复周期为T，通过校准，测得没有信道扰动时系统的基底量子误码率为QBER_B，设定系统偏振补偿期望的长期平均量子误码率为QBER_T；

(c)、收发双方约定四个参数A、B、P和U，其中A、B、P为自然数，U为纯小数，记补偿的周期为A×T、重构时的奈奎斯特周期为B×T、重构的时间段长度为P×B×T、窃听检测时公开结果的比例为U；

(d)、根据要补偿的偏振态扰动带宽F，单位为Hz，确定重构时的奈奎斯特周期为B×T，使得B×T接近但不大于约定A的最小值为A_N，A的最大值为10×B，P的取值范围为1～100，U的取值范围为0.1～0.9，A变化的步长为不小于A_N/10的最小自然数，记为S_A，P变化的步长为1，U变化的步长为0.1；

(e)将A的值设置为A_N，将P的值设置为100，将U的值设置为0.9，设置一个补偿计时器C_T、一个数据时间长度参数T_R，然后开始进行通信；

(f)收发双方在编码使用的偏振态中约定任意两个待补偿的非正交偏振态|H和|+，将T_R置零，然后将补偿计时器C_T清零后开始计时；

(g)等待补偿计时器C_T的时间达到一个补偿周期A×T，然后将C_T清零后重新计时，将数据时间长度参数T_R加上A×T；

(h)发送端和接收端通过公开信道协商，在刚过去的时间A×T内，从待补偿的偏振态|H被接收端同组基测量的结果中按比例U随机挑选能够用于重构的结果集该结果集随后会用于窃听检测，将|H被接收端的其它两组基测量的所有结果都纳入用于重构的结果集和并记下这些三组结果集在刚过去的时间A×T内的测量时刻集和I、J、K分别对应于前述三组结果集内元素的编号；

对应地，从待补偿的偏振态|+被接收端同组基测量的结果中按比例U随机挑选能够用于重构的结果集该结果集随后会用于窃听检测，将|+被接收端的其它两组基测量的所有结果都纳入用于重构的结果集和并记下这些结果在刚过去的时间A×T内的测量时刻和L、M、N分别对应于前述三组结果集内元素的编号；

(i)将数据时间长度参数T_R与拟进行重构的时间段长度P×B×T进行比较，如果T_R小于P×B×T，则转到步骤(g)；否则，在刚过去的时间段P×B×T内进行演化历史重构，对于偏振态|H，得到一个时变偏振态|X(t)，对于偏振态|+，得到一个时变偏振态|Y(t)；

(j)根据时变偏振态|X(t)，预测出即将补偿时的偏振态|X(P×B×T+Δt)；根据时变偏振态|Y(t)，预测出即将补偿时的偏振态|Y(P×B×T+Δt)，其中，Δt指从重构时间段的最后时刻到补偿执行时的时间差；

(k)根据即将补偿时的偏振态|X(P×B×T+Δt)和|Y(P×B×T+Δt)，调节偏振控制装置，实现对量子通信中光子偏振态的补偿；

(l)将窃听检测获得的QBER与QBER_T进行比较，

如果当前的QBER小于QBER_T，则依次按下述规则调整U、A、P三个参数：

如果U大于0.1，则将U按照步长减小0.1；

如果U等于0.1、A不大于(10×B-S_A)，则将A加S_A；

如果U等于0.1、A大于(10×B-S_A)、P大于1，则将P减1；

如果U等于0.1、A大于(10×B-S_A)、P等于1，则维持当前参数值不变；

如果当前的QBER大于或等于QBER_T，则依次按下述规则调整P、A、U三个参数：

如果P小于100，则将P加1；

如果P等于100、A大于A_N，则将A减S_A；

如果P等于100、A等于A_N、U小于0.9，则将U加0.1；

如果P等于100、A等于A_N、U等于0.9，则维持当前参数值不变；

(m)将数据时间长度参数T_R与更新的P×B×T比较，如果T_R大于更新后的P×B×T，则将T_R置为P×B×T，否则不改变T_R的值；

(n)然后转到步骤(g)继续执行；

步骤(j)中，根据时变偏振态|X(t)预测即将补偿时的偏振态|X(P×B×T+Δt)的方法为：将|X(t)在重构时间段最后一个时刻的值视为即将补偿时的偏振态，即|X(P×B×T+Δt)＝|X(P×B×T)；

步骤(j)中，根据时变偏振态|X(t)预测即将补偿时的偏振态|X(P×B×T+Δt)的方法或者为：记|X(t)被三组解码算子测量的平均值函数分别为ρ^|H1(t)、ρ^|H2(t)、ρ^|H3(t)，求出它们在重构时间段P×B×T内最后时刻的斜率分别为κ^|H1(P×B×T)、κ^|H2(P×B×T)、κ^|H3(P×B×T)，然后从三个算子平均值ρ^|H1(P×B×T)+κ^|H1(P×B×T)×Δt、ρ^|H2(P×B×T)+κ^|H2(P×B×T)×Δt和ρ^|H3(P×B×T)+κ^|H3(P×B×T)×Δt获取一个偏振态|X′，将其视为即将补偿时的偏振态|X(P×B×T+Δt)；

步骤(j)中，根据时变偏振态|Y(t)预测即将补偿时的偏振态|Y(P×B×T+Δt)的方法为：将|Y(t)在重构时间段最后一个时刻的值视为即将补偿时的偏振态，即|Y(P×B×T+Δt)＝|Y(P×B×T)；

步骤(j)中，根据时变偏振态|Y(t)预测即将补偿时的偏振态|Y(P×B×T+Δt)的方法或者为：记|Y(t)被三组解码算子测量的平均值函数分别为ρ^|+1(t)、ρ^|+2(t)、ρ^|+3(t)，求出它们在重构时间段P×B×T内最后时刻的斜率分别为κ^|+1(P×B×T)、κ^|+2(P×B×T)、κ^|+3(P×B×T)，然后从三个算子平均值ρ^|+1(P×B×T)+κ^|+1(P×B×T)×Δt、ρ^|+2(P×B×T)+κ^|+2(P×B×T)×Δt和ρ^|+3(P×B×T)+κ^|+3(P×B×T)×Δt获取一个偏振态|Y′，将其视为即将补偿时的偏振态|Y(P×B×T+Δt)。