[发明专利]一种用于连续变量量子密钥分发系统中的信噪比自适应数据协调方法

说明书

本发明提供一种用于连续变量量子密钥分发系统中的信噪比自适应数据协调方法。其实现步骤如下，步骤1：利用参数估计步骤估计出数据的信噪比，根据此信噪比选择最优码率的校验矩阵；步骤2：根据最优码率校验矩阵的最佳信噪比工作点和数据的实际信噪比，计算需要加入的噪声的方差；步骤3：利用真随机数发生器产生服从上述高斯分布的噪声，然后将其加入到原始数据中；步骤4：利用纠错码进行编译码。本发明采用的方法可以灵活地调整经过实际量子信道传输的数据的信噪比，使调整后的数据信噪比等于校验矩阵的最佳信噪比。该方法可以用于在一定信噪比范围内保持较高的协调效率，从而提升系统的安全码率。

技术领域

本发明涉及信噪比自适应数据协调领域，具体涉及连续变量量子密钥分发后处理中的信噪比自适应数据协调方法。尤其适用于连续变量量子密钥分发中的时变量子信道，该方法可以根据实际信道的信噪比和对应纠错码校验矩阵的最优信噪比工作点，灵活的调整原始数据的信噪比，提高数据协调的协调效率，从而提高连续变量量子密钥分发系统的安全码率。

背景技术

随着量子计算机等大规模计算的发展，现有的基于计算复杂度的传统密码体制不再安全。量子密钥分发(Quantum Key Distribution，QKD)是一种基于量子不可克隆定理的量子密码体质。它是基于物理原理实现的，具有无条件安全性。主要分为连续变量量子密钥分发(Continuous Variable Quantum Key Distribution，CV-QKD)和离散变量量子密钥分发(Discrete Variable Quantum Key Distribution，DV-QKD)。DV-QKD在单光子源的制备，单光子探测器等方面具有很大的技术难度。而CV-QKD可以直接利用商用激光器产生相干态，用平衡零拍探测器进行量子态的测量。因此近年来CV-QKD吸引了很多学者对其进行研究。

CV-QKD分为量子通信阶段和经典通信阶段。量子通信主要是传输量子态，经典通信是通过后处理提取安全密钥。量子信道是时变信道，其信道特征实时变化。经典信道是公开认证信道，传输信息无差错，窃听者可以掌握经典信道传输的信息，但是无法改变。

由于量子信道是时变信道，信道的损耗和噪声对传输的量子态会产生影响。因此双方的原始数据只是具有关联性，需要通过CV-QKD后处理使得双方共享相同的密钥。在长距离CV-QKD中量子信号十分微弱，信噪比极低，纠错难度极大。低密度奇偶校验码(LDPC码)是一种逼近Shannon极限的纠错码，它是一种线性分组码。其校验矩阵具有稀疏性，即矩阵中非零元素个数远低于零元素个数，这种稀疏性保证了LDPC码是一种低复杂度、高性能的好码。虽然传统LDPC码的性能逼近Shannon极限，但是在信噪比极低的情况下，仍旧很难纠错，因此产生了多边类型LDPC码，它是LDPC码更一般化的形式，其主要特点是拥有多种类型的边，这种结构非常适合低信噪比译码。

实际CV-QKD系统中，量子信道的信道特征是实时变化的，而用于纠错的校验矩阵个数有限，无法适用于所有的实验数据，只能使用现有与之接近且信噪比低于该组数据的校验矩阵进行纠错，这将导致协调效率的降低，从而降低系统的安全码率。因此现有算法只适合信道特征不变的信道，无法适用于时变信道。为了解决量子信道的信道特征实时变化这一问题，需要根据现有的校验矩阵调整数据的信噪比，即信噪比自适应算法，以保证数据协调的性能。因此为了获得安全码率，研究一种适合CV-QKD的信噪比自适应数据协调算法很有必要。

发明内容

本发明的目的是为了解决CV-QKD系统量子信道的信噪比实时变化的问题，而提出的一种用于连续变量量子密钥分发中的信噪比自适应数据协调方法，以保证CV-QKD后处理的纠错性能，从而提升系统的安全码率。

本发明的一种用于连续变量量子密钥分发系统中的信噪比自适应数据协调方法通过以下步骤实现：