0127002-1研究论文第43卷第1期/2023年1月/光学学报面向CVQKD量子-经典信号共纤传输技术研究刘旭超1，2*，孙时伦1，2，李少波1，2，温佳旭1，2，李华贵1，2**1中国电子科技集团公司网络通信研究院，河北石家庄050081；2河北省光子信息技术与应用重点实验室，河北石家庄050081摘要量子-经典信号共纤传输技术对实用化量子保密通信网络建设具有重要意义。针对经典光在光纤信道中的拉曼散射（RS）、四波混频（FWM）以及交叉相位调制（XPM）等非线性效应对量子信号的噪声干扰，构建了量子-经典信号共纤传输连续变量量子密钥分发（CVQKD）系统的安全密钥率仿真模型，重点分析了经典光功率、信道间隔和探测方式对系统噪声和密钥率的影响。结果表明，在近距离传输时，FWM噪声占主导地位，在传输距离大于10km时，XPM噪声大于RS和FWM噪声。系统总噪声与经典光功率正相关，与波分复用信道间隔反相关。零差和外差检测下，随着传输距离的增加，安全密钥率整体变化趋势接近，零差检测方式具有更大的极限传输距离。该研究工作可为实用化量子-经典信号共纤传输CVQKD系统的优化设计提供参考。关键词量子光学；连续变量量子密钥分发；共纤传输；拉曼散射；四波混频；交叉相位调制中图分类号TN918.4文献标志码ADOI：10.3788/AOS2210921引言连续变量量子密钥分发（CVQKD）具有安全密钥率高、与经典光通信和光网络设备兼容性好等技术优势，引起信息安全领域研究人员的极大兴趣［1-6］。为加快CVQKD实用化、降低应用成本，量子-经典信号共纤传输技术得到重点关注［7-9］。经典光强度比光量子高数个量级，在光纤信道中产生的拉曼散射（RS）、四波混频（FWM）和交叉相位调制（XPM）等非线性效应对量子信号的传输干扰严重，导致CVQKD系统密钥分发距离一般较短，速率较低。因此研究量子-经典信号共纤传输过程中经典信号对量子信道的影响具有重要意义。在量子-经典信号共纤传输系统中，量子信道受到经典光的噪声主要包括RS、FWM、XPM、波分复用器的经典光泄漏和光放大器的自发辐射（ASE）等。其中，由经典光泄漏和放大器自发辐射产生的光子与光量子的载波频率不同，CVQKD系统中的相干检测方式可以很好地对其进行滤除，其对实际的密钥分发影响可以忽略。而RS和FWM等非线性效应产生与量子信号频率相同的混沌光子，相干检测技术并不能完全滤除其影响［10］。在时分复用CVQKD系统中，XPM直接作用在光信号相位上，导致本振光和信号光之间的相位差发生剧烈抖动，进而增加信道过噪声［1...
