[發明專利]一種完全對稱可收發密鑰的量子密鑰分發系統

有效

• 申請號: 201911315760.0
• 申請日: 2019-12-18
• 公開（公告）號: CN110932857B
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發明（設計）人: 馬海強;竇天琦;孫鐘齊;屈文秀;王吉鵬;李振華
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08;H04B10/40;H04B10/508;H04B10/548;H04B10/70
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本發明的目的在于設計一種高速高效率、易于集成、抗干擾能力強的完全對稱的可收發密鑰的量子密鑰分發裝置，在該裝置中通信雙方模塊內的光器件完全相同且對稱。通信雙方可以分別發送與接收密鑰，因此密鑰生成率提高為原來的兩倍，極大的提高了密鑰傳輸的靈活性和實用性。本方案利用不等臂馬赫曾德干涉儀編碼方案共享密鑰信息，采用相位調制器與法拉第鏡組成的偏振不敏感的相位調制方案保證了遠距離通信時干涉的穩定性。本裝置采用單向的裝置加載相位信息，不僅可以高速準確的加載相位，而且避免了光路往返通過時可能引起的木馬攻擊，提高了通信系統的安全性。

技術領域

本發明涉及光纖傳輸保密通信技術領域，特別涉及一種完全對稱可收發密鑰的量子密鑰分發系統。

背景技術

量子力學自20世紀初正式確立以來，不斷影響著科技社會的發展。尤其是量子計算機的提出，嚴重威脅到現有的基于計算機復雜度的經典密碼體制。因此，以量子密鑰分發(Quantum Key Distribution,QKD)為代表的量子保密通信(Quantum Communication,QC)，基于量子力學原理保證了信息傳遞過程的無條件安全性而受到了廣泛的關注。自從1984年第一個量子密鑰分發協議，BB84協議提出以來，許多量子密鑰分發協議以及實驗被相繼提出，量子密鑰分發已經成為量子信息領域最接近實用化的研究方向。

在實際的量子密鑰分發系統中，通常選擇光子的偏振或者相位作為編碼為度。在遠距離的光纖QKD系統中，由于相位編碼的穩定性比偏振編碼更高，因此通常采用相位編碼來加載信息。相位編碼QKD系統通常采用不等臂馬赫曾德干涉儀或法拉第邁克爾遜干涉儀搭建。但是，無論采用哪一種編碼方式，目前QKD 系統都是采用一方用戶制備量子態，另一方用戶測量量子態或者一方用戶制備和測量返回的量子態，另一方用戶僅編碼量子態的方式實現的。假設某一方的制備設備(激光器)或者探測設備(單光子探測器)不能正常工作，那么雙方就不能共享密鑰來通信，這無疑限制了QKD系統的實用性。

發明內容

本發明的目的在于設計一種高速高效率、易于集成、抗干擾能力強的完全對稱的收發密鑰的量子密鑰分發方案，在該裝置中通信雙方模塊內的光器件完全相同且對稱。本方案由單光子源、衰減器、環形器、X型耦合器、Y型耦合器、相位調制器、法拉第鏡以及單光子探測器依次連接而成。通信雙方Alice和Bob可以分別同時發送與接收密鑰，基于相位編碼通過不等臂馬赫曾德干涉儀的方案獲得最終的密鑰。

本發明采取如下技術方案：