[發明專利]基于BB84協議的量子密碼教學系統及其通信方法

無效

• 申請號: 201110102405.2
• 申請日: 2011-04-25
• 公開（公告）號: CN102185693A
• 公開（公告）日: 2011-09-14
• 發明（設計）人: 唐世彪;周雷;劉洋;梁昊;陳騰云;趙勇
• 申請（專利權）人: 安徽量子通信技術有限公司
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08;G09B19/00
• 代理公司: 合肥天明專利事務所 34115
• 代理人: 吳娜

1.一種基于BB84協議的量子密碼教學系統，其特征在于：包括用于發射量子信號的量子信號發射機、實驗光路以及用于接收量子信號的量子信號接收機，量子信號發射機和量子信號接收機通過實驗光路相連，所述的量子信號發射機包括第一FPGA控制器和第一、二、三、四激光器，所述的第一FPGA控制器的信號輸出端分別與第一、二、三、四激光器相連，第一FPGA控制器通過接口配置芯片設置第一PC機接口，所述的第一、二、三、四激光器均與實驗光路相連。

2.根據權利要求1所述的基于BB84協議的量子密碼教學系統，其特征在于：所述的量子信號接收機包括第二FPGA控制器和單光子探測器，所述的第二FPGA控制器的信號輸入端與單光子探測器相連，單光子探測器與實驗光路相連，第二FPGA控制器通過接口配置芯片設置第二PC機接口。

3.根據權利要求1所述的基于BB84協議的量子密碼教學系統，其特征在于：所述的第一FPGA控制器焊接封裝在第一主控板上，所述的第一、二激光器焊接封裝在第一激光板上，所述的第三、四激光器焊接封裝在第二激光板上。

4.根據權利要求2所述的基于BB84協議的量子密碼教學系統，其特征在于：所述的第二FPGA控制器焊接封裝在第二主控板上。

5.根據權利要求1或2所述的基于BB84協議的量子密碼教學系統，其特征在于：所述的第一FPGA控制器與第二FPGA控制器相連，所述的第一FPGA控制器通過第一PC機接口與主機通訊，所述的第二FPGA控制器通過第二PC機接口與主機通訊，第一FPGA控制器的同步信號輸出端與第二FPGA控制器的同步信號端相連。

6.根據權利要求1所述的基于BB84協議的量子密碼教學系統的通信方法，該方法包括下列順序的步驟：

（1）量子信號發射機選擇H方向、V方向、+45°方向和-45°方向的偏振態，調整實驗光路，使量子信號發射機出口處一個脈沖的平均光子數小于1；

（2）量子信號發射機準備的偏振態通過光纖信道傳送至量子信號接收機，量子信號接收機選擇HV水平垂直基矢和+45°、-45°基矢對光子進行接收，然后將所使用的基矢序列發送至量子信號發射機，量子信號發射機拋棄量子信號接收機使用錯誤測量基矢的位，生成原始密鑰；

????（3）隨機選擇部分原始密鑰進行比對，計算量子信號發射機和量子信號接收機的錯誤率，若錯誤率低于設定值，則形成安全密鑰，在量子信號發射機和量子信號接收機之間分發安全密鑰。

7.根據權利要求6所述的基于BB84協議的量子密碼教學系統的通信方法，其特征在于：所述的量子信號發射機包括第一FPGA控制器和第一、二、三、四激光器，所述的第一FPGA控制器的信號輸出端分別與第一、二、三、四激光器相連，第一FPGA控制器通過接口配置芯片設置第一PC機接口，所述的第一、二、三、四激光器均與實驗光路相連，所述的量子信號接收機包括第二FPGA控制器和單光子探測器，所述的第二FPGA控制器的信號輸入端與單光子探測器相連，單光子探測器與實驗光路相連，第二FPGA控制器通過接口配置芯片設置第二PC機接口。

8.根據權利要求7所述的基于BB84協議的量子密碼教學系統的通信方法，其特征在于：所述的第一FPGA控制器選取H水平偏振方向、V垂直偏振方向、+45°偏振方向和-45°偏振方向作為量子態，第二FPGA控制器選擇HV水平垂直基矢和+45°、-45°基矢對光子進行接收，調整實驗光路，使第一、二、三、四激光器出口處一個脈沖的平均光子數為0.1個光子/每個脈沖。

9.根據權利要求6所述的基于BB84協議的量子密碼教學系統的通信方法，其特征在于：隨機選擇一部分原始密鑰進行比對，計算量子信號發射機和量子信號接收機的錯誤率，若雙方錯誤率低于11%，則量子信號發射機和量子信號接收機可以獲得一串相同的隨機數，即獲得安全密鑰。