[發明專利]一種適用于連續變量量子密鑰分發系統的高斯調制數據生成方法

在審

• 申請號: 201810420901.4
• 申請日: 2018-05-04
• 公開（公告）號: CN108599945A
• 公開（公告）日: 2018-09-28
• 發明（設計）人: 張一辰;鄭子勇;喻松;郭弘
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08;H04B10/70;H04B10/516
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種適用于連續變量量子密鑰分發系統的高斯調制數據生成方法，產生可直接用于高斯調制的高斯隨機數。其實現步驟如下，步驟1：使用平衡零拍探測器測量真空態散粒噪聲源，直接制備高斯原始隨機數；步驟2：估算原始數據中的真隨機數含量，用于決定隨機提取操作中需要去除的高斯原始隨機數低得比特位數，獲得兩組等長的高斯隨機數；步驟3：評估所需高斯隨機數的數據精度，利用多個高斯隨機數合成所需數據精度高斯隨機數。本發明可直接產生量子高斯隨機數，用于連續變量量子密鑰分發系統中實現高效高斯調制。

技術領域

本發明涉及量子保密通信領域，特別涉及連續變量量子密鑰分發系統中高斯量子態制備的方案，尤其是一種用于連續變量量子密鑰分發系統中，基于平衡零拍探測器搭建量子隨機數發生器，用于生成適用于連續變量量子密鑰分發系統的高斯調制數據的方法。

背景技術

隨機數在數值模擬、統計抽樣、博彩、加密等領域有著廣泛的應用。它的隨機性影響著各種應用的性能。特別在量子密鑰分發系統中，高速實時的隨機數發生器是保證系統無條件安全及高性能的重要基礎。怎樣安全可靠地產生高速、真隨機的隨機序列是密碼學領域重要的研究方向，具有重要的理論研究價值和迫切的實際應用需求。量子隨機數發生器基于量子力學理論內在的隨機性，理論可證能產生具有真正不可預測性的無窮長真隨機數序列。然而在實際系統中，由于器件的非理想性導致實際系統的安全性存在漏洞，如何克服這些安全漏洞就顯得尤為總要。

相干態連續變量量子密鑰分發系統基于高斯調制實現安全的密鑰分發，安全的高斯調制是整個系統安全性的重要基石，目前高斯調制所用的隨機數多基于各種隨機數發生器產生均勻隨機數后再經由matlab等軟件或者FPGA等硬件轉化為高斯隨機數后，再利用高斯隨機數生成均勻隨機數和瑞利分布的隨機數，通過分別調制相位調制器和強度調制器得到符合高斯分布的隨機數。這種方式雖能滿足系統的功能要求，但是由于操作步驟繁雜，在實際應用過程中非常的不方便。

為了簡化系統設計，同時保證隨機數和系統的安全性，我們基于量子隨機源直接制備符合要求的高斯隨機數，并以此作為基礎對系統輸入的脈沖光進行高斯調制，高效便捷地得到安全的高斯信號，從而優化了連續變量量子密鑰分發系統，具有較大的實用價值。本方案具有系統簡單，容易實現，安全性有保證，且高斯態制備速率快等特點。

發明內容

(一)要解決的技術問題

針對實際連續變量量子密鑰分發系統對高速安全高斯態制備的需求，本發明提出了一種使用基于平衡零拍探測器檢測量子隨機源直接制備安全的高斯隨機數，并利用該高斯隨機數高效生成符合瑞利分布和均勻分布的隨機數后直接轉為電信號加載在強度調制器和相位調制器上，實現安全高效的高斯態制備，為高速連續變量量子密鑰分發系統的實現奠定堅實的基礎。

(二)技術方案

本發明提供的一種適用于連續變量量子密鑰分發系統的高斯調制數據生成方法，包括三個步驟：

步驟1：使用平衡零拍探測器測量真空態散粒噪聲源，直接制備高斯原始隨機數；

步驟2：估算原始數據中的真隨機數含量，用于決定隨機提取操作中需要去除的高斯原始隨機數低得比特位數，獲得兩組等長的高斯隨機數；

步驟3：評估所需高斯隨機數的數據精度，利用多個高斯隨機數合成所需數據精度高斯隨機數。

上述步驟按照順序依次進行。

所述的系統實現使用平衡零拍探測器測量真空態散粒噪聲源，直接制備高斯原始隨機數，是指真空態散粒噪聲經零差檢測后所得到的結果服從高斯分布，可作為高斯隨機操作的數據來源，步驟1包括如下步驟：

步驟1a：搭建基于平衡零拍探測器測量真空態散粒噪聲的量子隨機數發生器系統，本征光與真空態同時輸入50:50分束器的兩輸入端，分束器兩輸出端接入平衡零拍探測器，實現對真空態散粒噪聲的測量；