[發明專利]量子通信系統發送端的單光子水平檢測系統、方法及裝置

有效

• 申請號: 201810368534.8
• 申請日: 2018-04-23
• 公開（公告）號: CN108737089B
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發明（設計）人: 張小建;吳鵬;劉國軍;李建岐;張梓平;孟凡博;葛維春;申揚;周旭
• 申請（專利權）人: 全球能源互聯網研究院有限公司;國網遼寧省電力有限公司;國家電網有限公司;國網遼寧省電力有限公司信息通信分公司
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08;H04B10/70
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 吳黎

本發明公開了一種量子通信系統發送端的單光子水平檢測系統、方法及裝置，其中所述系統包括：單光子探測裝置，用于獲取所述接收端在密鑰傳輸階段接收的信號態光脈沖中的單光子的個數；光脈沖數獲取裝置，用于獲取在所述密鑰傳輸階段所述發送端發射的信號態光脈沖的個數；計算裝置，用于根據所述信號態光脈沖中的單光子的個數和所述信號態光脈沖的個數計算所述發送端所發射光脈沖的單光子水平。通過本發明，量子通信系統的發送端無法通過修改信號態光脈沖的數量值使得最終檢測結果為其預期值，從而提高量子通信系統的安全性。

技術領域

本發明涉及量子通信技術領域，具體涉及量子通信系統發送端的單光子水平檢測系統、方法及裝置。

背景技術

量子通信中有三項核心技術，分別是單光子源技術、量子編碼和傳輸技術、單光子檢測技術。大量研究已經證明使用單光子源的量子通信是絕對安全的，并且具有很高的效率。基于安全性方面考慮，為了保證在通信過程中不會被光子數分束攻擊，理想的單光子源應該嚴格滿足每個脈沖中僅含有一個光子。現階段大多數實驗只能采用經過強衰減的相干態光源得到單光子源。在弱相干態光中，空脈沖、單光子脈沖和多光子脈沖的概率服從泊松分布，分別為：P(n＝0)＝e^-μ，P(n＝1)＝μ·e^-μ，P(n≥2)＝1-μ·e^-μ-e^-μ，n為光子數，μ為光脈沖中平均光子數。其中，由于空脈沖對生成密鑰沒有貢獻，一般會計入系統總損耗之中；單光子脈沖可以視為理想的單光子源；多光子脈沖雖然也可以生成密鑰，但是遭受Eve的光子分束攻擊(PNS)。由此可以看出，當平均光子數增加時，空脈沖比例降低，使得系統通信效率有所提高，但同時多光子脈沖所占比例提高，使得系統安全性降低；若為降低多光子脈沖所占比例、提高系統安全性而過度降低光脈沖平均光子數，則會同時提高空脈沖所占比例，使得系統通信效率太低，在最終成碼率上無法獲得有效增益。由此可見，發送端的單光子水平(即光脈沖接近單光子脈沖的水平)是衡量量子通信系統安全性及通信效率的重要指標。

現階段單光子脈沖的制備較為困難，其制備成本遠遠超過經典信號的制備成本。相應地，量子通信系統的檢測成本也遠遠高于經典通信系統的檢測成本，尤其是量子密鑰分配系統(英文全稱：Quantum Key Distribution，英文縮寫：QKD)。量子密鑰分配系統可以通過單光子脈沖實現密鑰傳輸，以保證密鑰傳輸的安全性。現有對于QKD系統的檢測方法主要是先采用分散的檢測工具，對系統中的單個設備或裝置進行分別檢測(例如，單光子探測器的探測效率、量子通信信道從發送端到接收端的衰減量等)；在組成量子密鑰分配系統之后，還需要對各個設備或裝置進行系統性的檢測，即在系統運行狀態下采用儀器對“發送端”的量子光強進行測量。

發明內容

本發明實施例提供了一種量子通信系統發送端的單光子水平檢測系統、方法及裝置。

根據第一方面，本發明實施例提供了一種量子通信系統發送端的單光子水平檢測系統，設置在所述量子通信系統的接收端，所述系統包括：單光子探測裝置，用于獲取所述接收端在密鑰傳輸階段接收的信號態光脈沖中的單光子的個數；光脈沖數獲取裝置，用于獲取在所述密鑰傳輸階段所述發送端發射的信號態光脈沖的個數；計算裝置，用于根據所述信號態光脈沖中的單光子的個數和所述信號態光脈沖的個數計算所述發送端所發射光脈沖的單光子水平。

結合第一方面，在第一方面第一實施方式中，所述單光子探測裝置包括：單光子探測器，用于獲取所述接收端所接收的光脈沖中的單光子的個數，并輸出單光子探測計數序列；篩選裝置，用于從所述探測計數序列中篩選出信號態光脈沖中的單光子個數。