[发明专利]一种应用于复杂链路的量子密钥分配系统及方法

说明书

本发明公开了一种应用于复杂链路的量子密钥分配系统，其接收方还包括随机数发生器和微处理器，随机数发生器使得接收方随机的在发送方有可能发送的基矢的偏振补偿间随机切换，在一段时间内仅完成一个基矢的偏振补偿，即进入成码，在数据后处理过程中，丢弃未完成偏振补偿基矢部分的数据，仅保留完成了偏振补偿的那个基矢的数据。本发明还公开了一种应用于复杂链路的量子密钥分配方法。本发明相比现有技术具有以下优点：在确保了量子通信安全性的基础上，使系统在某一时刻仅需完成单一基矢的偏振补偿后就可进入成码，这样大大降低偏振补偿的难度，使系统偏振补偿耗时得到大幅降低，可对抗复杂链路带来的快速偏振变化。

技术领域

本发明涉及量子通信领域，更具体涉及一种量子密钥分配方法。

背景技术

量子通信有多种协议与编码方式，BB84偏振编码是一种得到较广泛应用的方案。BB84协议使用光子的四个偏振态来传输信息，这四个量子态又可以分成相互非正交的两组，而且每组中光子的两个偏振态是正交的同时这两组又是相互共轭的。如果是单光子通信系统，则这四个量子态分别为光子的水平偏振态H(记作|→〉)、垂直偏振态V(记作|↑〉)、4π偏振方向的偏振态P(记作|↗〉)、4π-偏振方向的偏振态N(记作|↘〉)。其中，前两个态为一组测量基，后两个态为一组测量基。当发送方Alice与接收方Bob进行通信时，不是只使用某一组测量基，而是按照一定的概率同时使用两组测量基。BB84协议的工作过程如下：

第一阶段

量子通信

1)发送方Alice以线偏振光子的四个偏振方向为基础产生一个随机量子比特串S＝﹛S₁，S₂，S₃，……S_n﹜，其中S_i∈﹛|→〉，|↑〉，|↗〉，|↘〉﹜(i＝1，2，3，……n)。

2)发送方Alice通过量子传输信道将该量子比特串发送给接收方Bob，其中相邻量子比特间的时间间隔为Δτ。

3)接收方Bob接收信息发送方Alice传输的信息，并选定一个随机测量基序列M测量他收到的光子，其中M＝﹛m₁，m₂，m₃，……m_n﹜，其中m_i∈﹛+，x﹜，+，x分别为针对两组状态光子的测量基。

第二阶段

经典通信

4)接收方Bob发送信息给信息发送方Alice，并告知他自己在哪些量子比特位上使用了哪一个测量基。

5)信息发送方Alice在接收到接收方Bob发送的信息之后，与本人发送时采用的基逐一比对，并通知接收方Bob在哪些位置上选择的基是正确的，哪些是错误的。

6)信息发送方Alice和接收方Bob丢掉测量基选择有分歧的部分并保存下来使用了同一测量基的量子比特位，并从保存的信息中选取相同部分在经典信道中作对比。信道安全的情况下信息发送方Alice和接收方Bob的数据应当是没有分歧的。若存在窃听，则发送方Alice和接收方Bob的数据会出现不同的部分。

7)如果没有窃听，双方将保留下来的剩余的位作为最终密钥，发送方Alice和接收方Bob按照下面的方式将量子态编码成二进制比特：|→〉＝|↗〉＝0，|↑〉＝|↘〉＝1获得原始密钥。