[發明專利]一種量子密鑰分發系統和方法

在審

• 申請號: 201810693340.5
• 申請日: 2018-06-29
• 公開（公告）號: CN108712255A
• 公開（公告）日: 2018-10-26
• 發明（設計）人: 馬雄峰;馬家駿
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08;H04L9/00
• 代理公司: 北京德琦知識產權代理有限公司 11018
• 代理人: 陳攀;王琦

1.一種量子密鑰分發系統，其特征在于，該系統包括：發送裝置和接收裝置；

所述發送裝置和接收裝置通過傳輸信道連接；

所述接收裝置包括：第一探測器、第二探測器和第二控制器；

所述發送裝置的輸出端與所述第一探測器連接；

所述第一探測器的輸出端與第二探測器連接；所述第二探測器的輸出端與第二控制器連接；所述第二控制器的同步信號端與所述發送裝置的同步信號端連接；

所述發送裝置，用于從預設的四種量子態中隨機選擇一種量子態發送給所述接收裝置的第一探測器；還用于根據接收到的第一測量結果和弱測量基的信息進行參數估計，得到誤碼率；當誤碼率不大于預設閾值時，將所發送的各個量子態的第一類測量基的信息發送給所述接收裝置的第二控制器；丟棄不屬于預先確定的第一類測量基的量子態所對應的數據，得到初始密鑰；根據第一測量結果對初始密鑰進行糾錯，得到糾錯后的密鑰；根據第一測量結果對糾錯后的密鑰進行隱私放大，得到安全密鑰；

其中，所述預設的四種量子態屬于兩組不同的第一類測量基；

所述第一探測器，用于隨機選擇預設的兩組弱測量基中的一組弱測量基對所接收的量子態進行弱測量調制，將弱測量調制后的量子態發送給第二探測器；

所述第二探測器，用于從弱測量調制后的量子態中測量得到第一測量結果和第一探測器所選擇的弱測量基的信息，并使用預先確定的第一類測量基對弱測量調制后的量子態進行測量，得到第二測量結果，并將第一測量結果、第一探測器所選擇的弱測量基的信息和第二測量結果發送給所述第二控制器；

所述第二控制器，用于將第一測量結果和所選擇的弱測量基的信息發送給發送裝置；丟棄不屬于預先確定的第一類測量基的量子態所對應的數據，得到初始密鑰；根據第一測量結果對初始密鑰進行糾錯，得到糾錯后的密鑰；根據第一測量結果對糾錯后的密鑰進行隱私放大，得到安全密鑰。

2.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，

所述第一探測器包括：光開關、第一弱測量器和第二弱測量器；

所述第二探測器包括：第一強測量器和第二強測量器；

所述光開關的輸出端分別與第一弱測量器和第二弱測量器輸入端連接；所述第一弱測量器和第二弱測量器輸出端分別與第一強測量器和第二強測量器的輸入端連接；所述第一強測量器和第二強測量器的輸出端分別與所述第二控制器的輸入端連接；

所述光開關，用于將所接收到的量子態隨機發送給第一弱測量器或第二弱測量器；

所述第一弱測量器，用于分別使用預設的一組弱測量基對所接收的量子態進行弱測量調制，并將弱測量調制后的量子態發送給所述第一強測量器；

所述第二弱測量器，用于分別使用預設的另一組弱測量基對所接收的量子態進行弱測量調制，并將弱測量調制后的量子態發送給所述第二強測量器；

所述第一強測量器和第二強測量器，均用于從弱測量調制后的量子態中測量得到第一測量結果和第一探測器所選擇的弱測量基的信息，并使用預先確定的第一類測量基對弱測量調制后的量子態進行測量，得到第二測量結果，并將第一測量結果、第一探測器所選擇的弱測量基的信息和第二測量結果發送給所述第二控制器。

3.根據權利要求2所述的系統，其特征在于：

所述光開關為偏振分束器。

4.根據權利要求2所述的系統，其特征在于，弱測量器包括：第一半波片、第二半波片、第一偏振分束器、第二偏振分束器、第一反射鏡和第二反射鏡；

所述第一半波片用于將入射的光信號中的光子的偏振度向預設的第一方向偏轉預設的第一角度，并將偏轉后的光信號輸出至第一偏振分束器；

所述第一偏振分束器的第一輸出端與第一反射鏡連接，第二輸出端與第二偏振分束器的第一輸入端連接；所述第一偏振分束器用于將所接收的光信號根據偏振方向分成兩束光信號分別通過兩個不同的光路輸出至第一反射鏡和第二偏振分束器的第一輸入端；

所述第一反射鏡將接收到的光信號反射到第二反射鏡；

所述第二反射鏡將接收到的光信號反射到第二偏振分束器的第二輸入端；

所述第二偏振分束器，用于將通過兩個光路接收到的光信號合束后輸出至第二半波片；

所述第二半波片，用于將入射光信號中的光子的偏振度向所述第一方向的反方向偏轉預設的第一角度，并將偏轉后的光信號輸出至后續的第二探測器。