一种用于量超融合计算的频分复用相位调控方法与流程

本发明涉及量子计算相位调控领域，具体是一种用于量超融合计算的频分复用相位调控方法。

背景技术：

1、在量子通信领域，频分复用(fdm)技术因其卓越的频带利用率和多路复用能力而成为研究的前沿，fdm技术通过将信号分配到不同的频率子带上，实现了在单一量子信道上的多信号并行传输，极大地提升了信道的传输容量和效率。随着量子信息科学的发展，fdm技术已经成为量子密钥分发(qkd)和其他量子通信协议中不可或缺的组成部分。在这一背景下，量子态的精确制备、调制和测量技术得到了快速发展，为实现高效率的量子信号处理提供了技术支撑。然而，尽管fdm技术在理论上具有巨大的潜力，其在实际应用中仍面临着诸多挑战。

2、现有技术的局限性主要表现在对动态信道条件的适应性和补偿策略的优化上，量子信号在传输过程中不可避免地会受到各种噪声和失真的影响，特别是相位噪声，这会严重破坏信号的完整性，增加误码率。传统的补偿方法往往依赖于静态的补偿量和预设的参数，这些方法在信道条件相对稳定时或许能够提供足够的补偿效果，但在面对复杂多变的信道环境时，其性能往往会大打折扣。

技术实现思路

1、本发明提出一种用于量超融合计算的频分复用相位调控方法，通过量子近似优化算法最小化信号在量子信道中的相位噪声和频率偏差，同时利用经典计算的实时处理能力动态调整补偿量，从而解决在动态信道条件下的相位补偿和调制策略优化问题。

2、其中，一种用于量超融合计算的频分复用相位调控方法，包括以下步骤：

3、s1.为每个量子态分配一个唯一的频率fk和相位φk；

4、s2.制备量子态并通过fdm调制器将量子态调制到相应的频率子带上；

5、s3.将调制后的量子态通过量子信道发送至接收端，接收端使用量子接收器测量频率和相位，并通过相位补偿算法纠正信道效应；

6、s4.根据补偿后的相位信息进行解码；

7、其中，所述步骤s3中，通过相位补偿算法纠正信道效应具体包括以下子步骤：

8、s301.计算相位误差，得到接收相位与预期相位的差值；

9、s302.根据相位误差，通过调整接收到的信号的相位进行相位补偿；

10、s303.根据信道特性随时间变化规律，采用自适应算法动态调整补偿量。

11、进一步的，所述步骤s2中，将量子态调制到相应的频率子带上，其调制信号表示为：其中，所述sk(t)表示在时间t时的第k个信号的信号波形，所述p表示信号的功率，所述用于计算信号振幅，所述fk表示频率，所述t表示时间，所述cos(2πfkt+φk)用于生成连续的周期性信号波形。

12、进一步的，步骤s2具体的调制过程为根据量子近似优化算法最小化信号在量子信道中的相位噪声和频率偏差，通过优化结果执行实际调制。

13、进一步的，所述步骤s301中，计算相位误差具体表示为：δφk＝φk,received-φk；其中，所述δφk表示相位误差，所述φk,received表示接收相位，即在时间t接收到第k个信号的实际相位。

14、进一步的，所述步骤s302补偿后的相位表示为：δφk,comp＝φk,received+δφcomp；其中，所述δφk,comp表示补偿后的相位误差，所述φk,received表示接收相位，所述δφcomp表示补偿相位。

15、进一步的，所述步骤s303中，根据自适应算法动态调整补偿量具体为通过lms算法，对补偿量进行更新调整，其流程为：

16、

17、其中，所述δφcomp,n+1表示在时间步n+1的补偿相位，所述δφcomp表示补偿相位，所述μ表示学习率，用于控制自适应算法更新补偿相位时的调整幅度，所述mse表示均方误差，所述φcomp,n表示在时间步n的补偿相位，所述表示均方误差mse对于当前补偿相位的偏导数。

18、进一步的，所述均方误差mse，用于度量自适应算法性能，具体表示为：其中，所述表示期望值，所述δφk表示相位误差。

19、进一步的，所述步骤s302执行相位补偿后，当信道特性稳定，根据预设补偿量进行补偿。

20、进一步的，所述步骤s4具体为将补偿后的相位信息映射为比特值进行解码，其流程为：

21、

22、其中，所述bk表示相位信息映射的比特值，所述φk,est表示补偿后的第k信号的估计相位。

23、进一步的，还包括步骤s5，对解码后的相位集合结合哈希函数生成密钥。

24、发明的有益效果是：

25、本发明在信道特性稳定时，采用预设补偿量进行补偿，而在信道特性变化时，则通过自适应算法如最小均方误差lms算法对补偿量进行动态调整，以适应信道的实时变化；

26、本发明通过对解码后相位信息的哈希函数处理，增强了通信的安全性，还充分利用了量超融合计算的优势，为量子通信领域提供了一种高效、可靠的信号处理策略。

27、本发明通过量子近似优化算法对信号进行调制，可以在量子信道中更有效地利用可用的频带资源，从而在不增加信道噪声的前提下提高密钥生成速率。另外，通过自适应算法动态调整相位补偿量，能够实时响应信道条件的变化，显著提高系统的稳定性和密钥分发的可靠性。

1.一种用于量超融合计算的频分复用相位调控方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种用于量超融合计算的频分复用相位调控方法，其特征在于，所述步骤s2中，将量子态调制到相应的频率子带上，其调制信号表示为：其中，所述sk(t)表示在时间t时的第k个信号的信号波形，所述p表示信号的功率，所述用于计算信号振幅，所述fk表示频率，所述t表示时间，所述cos(2πfkt+φk)用于生成连续的周期性信号波形。

3.如权利要求1所述的一种用于量超融合计算的频分复用相位调控方法，其特征在于，步骤s2具体的调制过程为根据量子近似优化算法最小化信号在量子信道中的相位噪声和频率偏差，通过优化结果执行实际调制。

4.如权利要求1所述的一种用于量超融合计算的频分复用相位调控方法，其特征在于，所述步骤s301中，计算相位误差具体表示为：δφk＝φk，received-φk；其中，所述δφk表示相位误差，所述φk，received表示接收相位，即在时间t接收到第k个信号的实际相位。

5.如权利要求1所述的一种用于量超融合计算的频分复用相位调控方法，其特征在于，所述步骤s302补偿后的相位表示为：δφk，comp＝φk，received+δφcomp；其中，所述δφk，comp表示补偿后的相位误差，所述φk，received表示接收相位，所述δφcomp表示补偿相位。

6.如权利要求1所述的一种用于量超融合计算的频分复用相位调控方法，其特征在于，所述步骤s303中，根据自适应算法动态调整补偿量具体为通过lms算法，对补偿量进行更新调整，其流程为：

7.如权利要求6所述的一种用于量超融合计算的频分复用相位调控方法，其特征在于，所述均方误差mse，用于度量自适应算法性能，具体表示为：其中，所述表示期望值，所述δφk表示相位误差。

8.如权利要求1所述的一种用于量超融合计算的频分复用相位调控方法，其特征在于，所述步骤s302执行相位补偿后，当信道特性稳定，根据预设补偿量进行补偿。

9.如权利要求1所述的一种用于量超融合计算的频分复用相位调控方法，其特征在于，所述步骤s4具体为将补偿后的相位信息映射为比特值进行解码，其流程为：

10.如权利要求1所述的一种用于量超融合计算的频分复用相位调控方法，其特征在于，还包括步骤s5，对解码后的相位集合结合哈希函数生成密钥。