[發明專利]高效連續變量量子密鑰分發方法

在審

• 申請號: 201811045247.X
• 申請日: 2018-09-07
• 公開（公告）號: CN109194470A
• 公開（公告）日: 2019-01-11
• 發明（設計）人: 石金晶;周芳;陳淑慧;李伯鵬;施榮華
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08;H04B10/70;H04B10/556;H04B10/54;H04B10/532;H04B10/524
• 代理公司: 長沙永星專利商標事務所(普通合伙) 43001
• 代理人: 周詠;米中業

本發明公開了一種高效連續變量量子密鑰分發方法，包括發送端在一個周期內發送N個弱光脈沖和1個強光脈沖；弱光脈沖和強光脈沖通過振幅調制后再通過第一分束器進行分離；弱光脈沖通過振幅調制和相位調制后輸入第二分束器，然后再通過第一和第二偏振分束器，同時強光脈沖通過未調制的等距離光路后輸入第二偏振分束器，第二偏振分束器輸出一組光脈沖；將光脈沖發送接收端；接收端接收光脈沖并結合本地光進行外差檢測，得到發送端發送的連續變量量子密鑰。本發明改變了傳統的信號傳輸模式，將傳統的單量子信號脈沖對應一對參考脈沖轉變為多個量子信號脈沖對應一對參考脈沖的傳輸模式，從而極大的提高了系統的頻譜效率，而且本發明方法簡單可靠。

技術領域

本發明具體涉及一種高效連續變量量子密鑰分發方法。

背景技術

量子密碼學(Quantum Cryptography)是一門很有前途的新領域，許多國家的人員都在研究它，而且在一定的范圍內進行了試驗。量子密碼體系采用量子態作為信息載體，經由量子通道在合法的用戶之間傳送密鑰。量子密碼的安全性由量子力學原理所保證。量子通信是指利用量子糾纏效應進行信息傳遞的一種新型的通訊方式。量子通訊是近二十年發展起來的新型交叉學科，是量子論和信息論相結合的新的研究領域。經過20多年的發展，量子通信技術已經從實驗室演示走向產業化和實用化，目前正在朝著高速率、遠距離、網絡化的方向快速發展。由于量子通信是關系到國家信息安全和國防安全的戰略性領域，且有可能改變未來信息產業的發展格局，因此成為世界主要發達國家如歐盟、美國、日本等優先發展的信息科技和產業高地。

量子密鑰分發(QKD)能夠讓兩個遠程通信者共享無條件安全的密鑰。QKD因其物理性質而具有廣闊的應用前景。安全密鑰對于整個通信過程來說是至關重要的，消息是通過公共信道傳輸的，通信者使用密鑰對消息進行加密和解密。QKD提供了一種基于物理定律的密鑰分發方法，用于兩方之間的安全通信，近年來受到了廣泛關注。與離散變量量子密鑰分發(DV-QKD)相比，連續變量量子密鑰分發(CV-QKD)的量子態更易于制備，因此現在常用連續變量量子密鑰分發方案。

現有的連續變量量子密鑰分發方案如圖1所示：從圖中可以看到，Alice(發送端)將需要發送的量子密鑰通過激光器后轉換為N組強光-弱光脈沖，其中每一組強光-弱光脈沖包括一個強光脈沖(參考脈沖)和一個弱光脈沖(信號脈沖)，然后再通過振幅調制(AM)后，通過分束器(BS)將強光脈沖和弱光脈沖進行分離，再將弱光脈沖進行振幅調制(AM)和相位調制(PM)，然后強光脈沖通過沒有調制的相同距離的光路，再將強光脈沖和弱光脈沖通過分束器(BS)聚合成一束光，然后此時得到的是一組強光脈沖-弱光脈沖相間的信號，在將該信號發送至Bob(接收端)，然后Bob將接收的信號通過動態偏振控制器后，與本地激光器輸出去的LO光，一同輸入到外差探測器進行外差檢測，從而得到Alice發送的量子密鑰。

但是，從現有的量子密鑰分發過程可以看到，Alice在向Bob分發量子密鑰時，其傳輸的光信號中，有一半的強光信號并非為所需要傳輸的信號，造成了嚴重的傳輸效率低下。

發明內容

本發明的目的在于提供一種有效傳輸率高的高效連續變量量子密鑰分發方法。

本發明提供的這種高效連續變量量子密鑰分發方法，包括如下步驟：

S1.根據所需要發送的連續變量量子密鑰，發送端通過在一個周期內發送N個弱光脈沖和1個強光脈沖；

S2.發送端發送的N個弱光脈沖和1個強光脈沖通過振幅調制(AM)后，再通過第一分束器(BS)進行弱光脈沖和強光脈沖分離；

S3.將步驟S2得到的弱光脈沖通過振幅調制(AM)和相位調制(PM)后輸入到第二分束器(BS)，同時在第二分束器上用光電探測器(PD)檢測量子信號脈沖；然后再依次通過第一偏振分束器(PBS)和第二偏振分束器(PBS)，同時將步驟S2得到的強光脈沖通過未調制的等距離光路后輸入到第二偏振分束器，從而通過第二偏振分束器得到一組光脈沖；