[發明專利]目標測評光脈沖的生成方法、裝置及設備

在審

• 申請號: 202110587046.8
• 申請日: 2021-05-27
• 公開（公告）號: CN115412231A
• 公開（公告）日: 2022-11-29
• 發明（設計）人: 馬龑;湯艷琳;許穆嵐;劉仁德
• 申請（專利權）人: 科大國盾量子技術股份有限公司
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08;H04B10/508;H04B10/70
• 代理公司: 深圳紫藤知識產權代理有限公司 44570
• 代理人: 遠明

本發明公開了一種目標測評光脈沖的生成方法、裝置及設備，用于量子密鑰分發系統，包括：產生構成第一發光序列的光脈沖；調制構成所述第一發光序列的光脈沖以生成構成第二發光序列的光脈沖，其中，所述第二發光序列中的光脈沖具有不同編碼狀態；以及根據測評要求對所述第二發光序列中的具有非目標編碼狀態的光脈沖進行消光并保留具有目標編碼狀態的光脈沖，以生成構成第三發光序列的目標測評光脈沖。本發明能夠在不改變量子密鑰分發系統的光源模塊的正常工作狀態的情況下，獲得各編碼狀態的光脈沖信號的更精確的狀態參數，以滿足測評所需。

技術領域

本發明涉及量子保密通信領域，具體涉及一種用于量子密鑰分發系統的目標測評光脈沖的生成方法、裝置及設備。

背景技術

量子密鑰分發(Quantum Key Distribution，QKD)技術因能夠在通信雙方之間產生完全一致的無條件安全的密鑰而受到廣泛關注。自從1984年BB84方案提出以來，各種理論方案日臻完善，技術實現逐漸成熟并走向實際應用。量子密鑰分發與經典密鑰體系的根本不同在于其采用單個光子或糾纏光子對作為密鑰的載體，由量子力學的三大基本原理(即，海森堡測不準原理、測量塌縮理論、量子不可克隆定律)保證了該過程的不可竊聽、不可破譯性，從而提供了一種更為安全的密鑰體系。

目前，由于單光子源技術還不能滿足實用要求，實用的量子密鑰分發系統采用的光源方案是將相干光源進行強衰減，得到弱相干光。然而，弱相干態光以一定的概率含有多光子成分，這樣竊聽者可以進行分離光子數攻擊，使其安全成碼率受到很大限制。在這樣的背景下，人們提出了誘騙態BB84量子密鑰分發協議來防御攻擊。具體地，通過在激光器發射的信號光中隨機摻雜一些不同強度的誘騙光來監測信道和竊聽者對光脈沖的影響。結合誘騙態技術，即便使用弱相干光源，BB84協議的成碼率也幾乎與使用理想單光子源的協議一樣。因此，在實驗室和工程化實踐中，誘騙態BB84量子密鑰分發協議受到廣泛采納。

基于誘騙態的BB84量子密鑰分發協議的量子密鑰分發系統，其發射端光源部分包括光源模塊和調制模塊，光源模塊發出光信號，調制模塊對所發出的光信號進行量子態調制和強度調制(即，誘騙態調制)，其中量子態調制使得在相位或偏振上包含四種不同的量子態，即相位態(時間相位態)或偏振態，可用兩位隨機數表示；其中強度調制使得在強度上包含多種不同的強度，例如典型的信號態、誘騙態和真空態，這三種不同的強度一般按照一定的比例設置，例如設為6:1:1，需要三位隨機數表示。以偏振編碼方式、誘騙態比例為6:1:1為例，發光編碼方式如圖1所示。其中偏振態H、V、P和N分別表示量子密鑰分發系統的發射端光源部分所發出的光信號為隨機選擇直角基(H，V)和對角基(P，N)而制備的對應四種偏振態的光信號。

隨著量子密鑰分發技術的發展，對其實際安全性進行測評的重要性也日益突顯。在對量子密鑰分發系統各編碼的隨機態進行不可分辨性量子測評時，通常需要量子密鑰分發系統的發射端的光源部分發出特定態的光，例如只發出信號態光，進行相關物理量測量，例如，測量特定態光的波長、幅值、時序等狀態參數，而其他非特定態則通過不發光來避免測量時造成的干擾或者誤差。具體而言，是通過外部的測評軟件發出某特定態光的指令，量子密鑰分發系統的發射端的光源部分根據接收到的指令，輸出用于測評所需的特定態的光。

圖2示出了示例性的現有技術的抽取測評所需的特定態光(例如，信號態光S，或偏振態光H)時量子密鑰分發系統的發射端的光源模塊輸出的發光序列以及調制的時序示意圖。具體地，現有技術的抽取測評所需的特定態光的過程主要包括以下步驟(步驟S3和步驟S4的順序可互換)：

步驟S1：測評軟件發出測評目標是某特定態光(特定編碼)的指令；

步驟S2：量子密鑰分發系統的發射端的光源模塊根據隨機編碼，只在特定態(特定編碼)位置發光，在其余非特定態位置不發光，從而形成一個發光序列；或者所述光源模塊可以全發特定態的周期光；

步驟S3：通過誘騙態調制模塊將所述發光序列的光脈沖調制成相應的信號態、誘騙態或真空態，即對光脈沖進行強度調制；