[发明专利]一种量子密钥分发装置及方法

说明书

本发明提供了一种量子密钥分发装置及方法，包括：发送装置随机使用预设的测量基向接收装置发送量子态，接收装置随机使用预设的测量基对所接收的量子态进行测量；发送、接收装置在公共信道中公布测量基信息，分别保存使用相同测量基的密钥；发送装置向接收装置公开预设比特数的密钥，接收装置根据公开的密钥计算出比特误码率；发送、接收装置分别对所保存的密钥进行检验，相互通知检验结果，保留检验结果一致的密钥；接收装置对所保存的密钥进行纠错操作；发送装置和接收装置对纠错操作后的密钥进行错误验证、隐私放大，得到密钥。应用本发明可以有效地降低比特误码率，延长量子密钥分发技术的最远通讯距离，提高可以容忍的最高误码率。

技术领域

本发明涉及量子信息技术领域，尤其涉及一种量子密钥分发装置及方法。

背景技术

随着科技的进步，原有的经典通讯安全技术不再能确保信息的安全。基于量子力学原理的量子密钥分发(QKD)技术提供了基于物理定律的无条件安全，其广泛的应用前景已经得到了越来越多的关注。

量子密钥分发(QKD)技术基于量子力学，该技术可以为两个合法用户(例如，Alice和Bob)提供了一种即使在有窃听者Eve存在的情况下依然可以安全共享密钥的方法。在成功共享密钥之后，两个用户可以使用密钥对自己要传递的信息进行加密，从而实现安全通信。目前，已经有很多量子密钥分发的协议被广泛使用，例如BB84协议、测量与设备无关的量子密钥分发协议(MDIQKD)等等。

在量子密钥分发技术中，信道中的噪声或其他设备的不完美，以及窃听者的攻击都会产生误码。用户可以根据密钥的错误率探测到窃听者的存在，如果用户判断被窃听者知道的信息过多，则用户就会放弃这些密钥；如果用户判断被窃听者知道的信息低于安全的阈值，则用户可以根据误码率使用纠错(Error correction)的方法保证他们所共享的密钥完全相同，然后再使用隐私放大的方法(Privacy amplification)将窃听者可能知道的信息清除掉，以保证了密钥的隐私性，并最终得到相同且安全的共享密钥。

然而，尽管量子密钥分发技术在理论上是绝对安全的，但是在实际应用中，源的制备的不完美、信道中的损耗、测量设备的不完美以及窃听者的攻击，都会一定程度上影响量子密钥分发系统的安全性，影响了最远传输距离和可以允许的最高误码率。例如，根据Shor-Preskill的安全性分析可知，BB84协议可以允许的最高误码率只有11％。在一些实际应用情形中，如果不经其他处理而直接使用现有技术中传统的单向经典通讯量子密钥后处理方案进行比特纠错和隐私放大，误码率很有可能超过这一阈值，从而由于误码率过高等问题无法产生安全的密钥，因此可以达到的最远通讯距离以及可允许的最高误码率都很有限，从而只能在很有限的传输距离中使用，并不能完全满足实际应用中的需求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种量子密钥分发装置及方法，从而有效地降低比特误码率，延长量子密钥分发技术的最远通讯距离，提高可以容忍的最高误码率。

本发明的技术方案具体是这样实现的：

一种量子密钥分发装置，该装置包括：发送装置和接收装置；

所述发送装置和接收装置通过传输信道连接；

所述发送装置，用于随机使用预设的测量基向所述接收装置发送量子态，将所发送的各个量子态的测量基信息发送给接收装置，并保存双方使用了相同测量基的密钥；还用于向接收装置公开预设比特数的密钥，对所保存的密钥进行检验，并将检验结果通知接收装置，保留检验结果一致的密钥；还用于对所保存的密钥进行错误验证，进行隐私放大，得到密钥；