[实用新型]一种测量与设备无关的量子密钥分发系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及量子信息技术领域，尤其涉及一种测量与设备无关的量子密钥分发系统。

背景技术

量子密钥分发(QKD)技术是一种基于量子力学的技术。该技术为两个合法用户：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，两个用户可以用该共享密钥对自身要传递的信息进行加密，从而实现安全通信。

在量子密钥分发技术中，BB84协议是最著名、被使用最广泛的量子密钥分发协议。在该协议中，通过光的偏振对光子进行编码，光子以等概率随机编码在水平竖直偏振基(即Z基，也称为直测量基)或正负45度偏振基(即X基，也称为斜测量基)上。Alice随机产生一串0、1比特的数串，当她选择在Z基下进行编码时，Alice将0编码成|0>，将1编码成|1>；当在X基下进行编码时，Alice则将0编码成：而将1编码成：然后，Alice将编码后的光子通过量子信道发送给Bob，Bob以等概率使用X基或Z基测量由Alice发出的光子，之后Alice和Bob在被鉴定的经典信道中公布自己编码和测量选择的基，筛选出他们选择相同的基进行编码和测量的数据。这个协议的安全性是基于非正交的态之间无法通过测量完全分辨，因此，在理论上，量子密钥分发技术提供了基于物理定律的无条件安全。

然而，在实际应用中，光学量子密钥分发系统使用的是弱相干光源，并不能做到传统量子密钥分发协议中单光子光源的要求，多光子的成分会导致密钥的安全性的降低，针对这一现象的攻击有光子数分裂攻击(Photon Number Splitting Attack)。为了解决这一问题，提出了诱骗态量子密钥分发协议。在该协议中，通过对不同强度的光子进行编码，对一些关键的参数给出了更好的估计，从而更好地分析出量子密钥的安全性，提高了成码率。然而，探测器端也同样存着安全隐患，也出现了很多针对探测器端的攻击，例如，时移攻击(Time shift attack)，致盲攻击(blinding attack)等，从而很难保证信息的安全。

为了解决这一问题，提出了测量与设备无关的量子密钥分发协议(MDIQKD)。该协议的安全性不再依赖于探测器端的任何假设，解决了探测器端的安全隐患，提供了无条件的安全。该协议中包含两个用户(例如，Alice和Bob)，以及并不受信任的中继(Charlie)。这里的Charlie甚至可能是窃听者。用户向中继以一定概率发送BB84协议中的四个态，在中继处进行贝尔态测量，并对外公布测量是否成功，以及测量结果；对测量结果进行分析，根据误码率使用纠错(Error correction)保证他们共享的密钥完全相同，使用隐私放大的方法(Privacy amplification)，减少密钥的长度，从而将窃听者知道的信息清除掉之后即可得到不基于测量设备的安全密钥。

测量与设备无关的量子密钥分发协议以及诱骗态技术很好地解决了探测器端和源处的安全隐患。在现有技术中的上述协议中，使用了Z基的两个基矢编码|0>、|1>以及X基的两个基矢编码|+>、|－>。两个基矢光强的选择是对称的，而且两个基矢都发送诱骗态以及信号态的光子。以一般的最常用的空态+弱诱骗态(vacuum+weak decoy)为例,空态不需要激光器，每个基矢都有信号态和弱诱骗态两种光强，而每个基矢下又都需要两个激光器去发送不同的编码，所以总共需要2×2×2＝8个激光器。因此，在实际应用的MDIQKD系统中，使用的激光器的数量比较多，而激光器的数量也增加了设备的成本，同时增加了操作上的难度。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种测量与设备无关的量子密钥分发系统，可以在不降低量子密钥分发系统的性能的同时，减少所使用的激光器的数目，从而大大减少了设备成本，降低了设备复杂性，更节省用户端设备的空间。

本实用新型的技术方案具体是这样实现的：

一种测量与设备无关的量子密钥分发系统，该系统包括：第一方装置、第二方装置和第三方装置；

所述第一方装置、第二方装置和第三方装置通过传输信道连接；

所述第一方装置和第二方装置均包括：、控制器、处理器和多个激光器；

所述多个激光器，分别用于制备与信号测量基的两个本征态分别对应的信号态、与信号测量基的两个本征态分别对应的两个诱骗态以及与诱骗测量基的两个本征态分别对应的两个诱骗态；