[發明專利]一種基于內調制脈沖光源的連續變量量子密鑰分發方法

在審

• 申請號: 202310310643.5
• 申請日: 2023-03-28
• 公開（公告）號: CN116388975A
• 公開（公告）日: 2023-07-04
• 發明（設計）人: 劉金璐;徐兵杰;邵云;張濤;付俐鋒;樊礬;王恒;黃偉
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第三十研究所
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 王會改

本發明公開了一種基于內調制脈沖光源的連續變量量子密鑰分發方法，其包括：發送端向接收端提供信號光和本振光，或者是發送端向接收端提供信號光，接收端提供本振光；接收端對信號光和本振光進行干涉，并從干涉結果中提取帶有信道噪聲的分量及其初始數據；接收端對所述帶有信道噪聲的分量及其初始數據進行處理，獲得與信道噪聲相關的振幅調制信息，即初始密鑰。本發明既充分利用了內調制脈沖光源產生的前后脈沖之間相位差隨機的特性，又使探測結果不依賴于該相位差，無需任何相位反饋及補償，調制模式更簡單；可獲得更高光脈沖消光比和光脈沖強度，從而使傳輸距離更遠、探測效率更高；可避免復雜度較高的雙光源鎖頻技術，降低系統復雜度。

技術領域

本發明涉及量子密鑰分發技術領域，特別是一種基于內調制脈沖光源的連續變量量子密鑰分發方法。

背景技術

隨著量子信息技術的快速發展，密鑰分發(Quantum?Key?Distribution,QKD)作為其中一個重要分支在近三十年取得了非常顯著且重要的成果。依據信源端編碼空間的維度的不同，QKD可以分為離散變量類(Discrete?Variable,DV)協議和連續變量類(ContinuousVariable,CV)協議。不同于DV-QKD，CV-QKD系統中用于編碼的量子態所在的Hilbert空間是無限維且連續的，信息的載體不再是單光子的偏振或相位，而是光場的正則分量(相空間中的“位置”和“動量”)。由于信息的載體是連續變量，這使得每個脈沖可攜帶的密鑰比特數有所增加，盡管并非每一個比特都會成為最終的安全密鑰，但這依舊可以為最終安全碼率的提升提供很大潛力。實驗研究表明，連續變量量子密鑰分發系統在中短距離具有安全碼率高、可與經典光通信系統兼容等優勢，在近十年得到了快速發展。

CV-QKD系統根據信源端調制相干態個數的不同可以分為高斯調制方案和離散調制方案；根據系統參考本振光源所處收發端的不同位置分為兩大類，隨路本振CV-QKD系統和本地本振CV-QKD系統。

其中基于高斯調制相干態協議的隨路本振CV-QKD系統發展最早，成熟度最高。該類方案多采用時分+偏振復用，為避免本振光到達接收端時的泄漏光噪聲對量子信號光產生影響，需要在發送端制備具有極高消光比的本振光脈沖。而這種高消光比光脈沖目前多采用級聯振幅調制器對連續光進行外調制獲得。外調制方案存在兩個問題，一是需要針對振幅調制器的偏置點漂移設計復雜的反饋控制軟硬件，系統復雜且成本高；二是兩個級聯調制器的插損約為6～10dB，從而導致最終產生的脈沖光強度偏弱，影響本振光到達接收端的強度(傳輸距離)，進而影響系統探測器的探測能力。

目前主流的系統方案均需要在發送端對其信號光進行振幅和相位的調制，以構建相空間中的二維高斯隨機變量，即x分量和p分量。而且由于系統中多采用相干探測，調制后的信號光經光纖信道傳輸后到達接收端與本振光干涉時，不可避免地存在相位漂移。因此需要進行相位漂移補償以使收發端獲得具有一定相關性的隨機數據。特別地，在本地本振系統中，由于接收端和發送端分別采用兩個不同的激光器，為獲得穩定干涉結果，不僅需要進行相位補償，還需要對兩個激光器的頻率進行鎖定，系統復雜度和實現難度較高。

發明內容

鑒于此，本發明提供一種基于內調制脈沖光源的連續變量量子密鑰分發方法，以解決上述技術問題。

本發明公開了一種基于內調制脈沖光源的連續變量量子密鑰分發方法，其包括以下步驟：

發送端向接收端提供信號光和本振光，或者是發送端向接收端提供信號光，接收端提供本振光；

接收端對信號光和本振光進行干涉，并從干涉結果中提取帶有信道噪聲的分量及其初始數據；

接收端對所述帶有信道噪聲的分量及其初始數據進行處理，獲得與信道噪聲相關的振幅調制信息，即初始密鑰。

進一步地，所述發送端向接收端提供信號光和本振光，包括：