一种基于平衡零差探测技术的平均光子数测量方法*

刘金璐 杨杰 张涛 樊矾 黄伟 徐兵杰

(西南通信研究所，保密通信重点实验室，成都 610041)

针对连续变量量子密钥分发系统实用化进程中对系统核心参数的规范标定需求，本文提出了一种基于平衡零差探测技术的平均光子数测量方法，即利用平衡零差探测基本结构，在本振臂添加一个电光相位调制器.不同于通过计算相位漂移值进行被动相位补偿的方式，本方法主动地对相位调制器加载 [0，2π] 的均匀随机相位以避免相位漂移对测量结果的影响.仿真及实验验证了平衡零差探测器输出信号服从带有两个峰值的驼峰分布，且探测输出信号方差与待测光脉冲平均光子数呈线性关系.采用该方案实现的平均光子数测量精度为0.1 个光子/脉冲，测量范围达23 dB.优化选择探测器性能和数据采集工具的采样精度和量程，可实现满足测量要求的平均光子数和脉冲消光比测量，为连续变量量子密钥分发系统的关键参数标准化提供了一种可行方案.

1 引言

作为一种基于量子物理特性可为分离且合法的双方提供共享密钥的量子信息技术实用化手段，量子密钥分发(quantum key distribution，QKD)被认为是可抵御量子计算机带来的安全威胁的热点研究方向.根据编码过程的不同可将QKD 分为两类:离散变量量子密钥分发系统(discrete-variable quantum key distribution，DV-QKD)和连续变量量子密钥分发系统(continuous-variable quantum key distribution，CV-QKD).相较基于BB84协议的DV-QKD 系统，基于高斯调制相干态协议(Gaussian-modulated coherent-state，GMCS)的CV-QKD 系统主要有以下4 点优势:1)相干态光源较单光子源更易制……