[发明专利]一种往返式高斯调制连续变量量子密钥分发方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及到一种密钥分发领域，尤其涉及到一种往返式高斯调制连续变量量子密钥分布方法及装置。

背景技术

在计算机信息技术迅速发展的背景下，信息技术对信息安全性的要求日益增加。近年来，由于量子密钥分发技术能够在物理上保证通信的无条件安全性，而引起人们的广泛关注。

量子密钥分发技术整体上可分为两大类：离散变量量子密钥分发和连续变量量子密钥分发。和离散变量量子密钥分发相比，连续变量量子密钥分发具有更高的码率，因此，吸引了许多研究人员进行理论上和实验上的大量研究。依赖量子力学的基本原理，连续变量的理论安全性已经被严格证明。然而，其实际安全性仍处于研究阶段。而实际安全性的相关研究中，一个主要的问题就是本振光的问题：初始的连续变量量子密钥分发协议需要将本振光从发送端发送到接收端与信号进行干涉，而窃听者可以在信道中通过改变本振光达到窃取信息的目的。

为了弥补这一漏洞，一些研究人员提出了不传输本振光，而在接收端产生本振光的方案，该方案在一定程度上解决了传输本振光的漏洞问题，但该方案不足之处在于本地产生的本振光与信号光频率不一致，相位变化大，因此会产生较大的相位噪声，且由于本振光与信号光经过的信道不同，偏振会随着时间而发生漂移，导致干涉质量下降，因此该方案的长时间稳定性也较差。

发明内容

针对现有不传输本振光方案的缺陷，本发明的目的在于提供一种往返式高斯调制连续变量量子密钥分布方法及装置，以减少相位噪声，提高偏振的稳定性。

为实现上述目的，本发明是根据以下技术方案实现的：

本发明提供了一种往返式高斯调制连续变量量子密钥分发方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、脉冲源产生：连续变量量子密钥分发系统的发送端产生脉冲源；

步骤二、本振光和信号光分离：将脉冲源分为大功率的本振光和小功率的信号光，并将本振光和信号光分离；

步骤三、量子信号高斯调制：信号光传输至接收端，并将信息加载在信号光上；

步骤四、量子信号反向：接收端信号调制后，将信号反向，并经同一信道返回发送端；

步骤五、量子信号检测：将返回到发送端的信号光和本地产生的本振光对齐，并进行相干检测，通过对后端电信号过采样，获取原始密钥。

上述技术方案中，在所述步骤一中，连续变量量子密钥分发系统的发送端通过窄线宽激光器产生连续光，并通过一个高消光比的强度调制器将连续光切割为脉冲源。

上述技术方案中，在所述步骤二中，通过一个99：1的分束器将脉冲光源分为大功率的本振光和小功率的信号光。

上述技术方案中，在所述步骤四中，通过法拉第镜将信号反向。

上述技术方案中，在所述步骤五中，返回到发送端的信号光和本地产生的本振光通过可调延时线使两脉冲对齐。

本发明还提供了一种往返式高斯调制连续变量量子密钥分发装置，其特征在于，包括发送端和接收端，所述的发送端，其包括：

脉冲源发生器，其用于产生脉冲源；

分束器，其与脉冲发生器连接，并用于将脉冲光源分为大功率的本振光和小功率的信号光；以及

检测系统，其分别与脉冲源发生器和分束器连接，并用于将返回到发送端的信号光和本地产生的本振光对齐，并进行相干检测，通过对后端电信号过采样，获取原始密钥；

所述的接收端，其包括：

高斯调制模块，其与分束器连接并接收分束器的信号光，并将信息加载到信号光上；以及

法拉第镜，其与高斯调制模块连接，并用于将高斯调制模块调制后的信号，通过法拉第镜反向，并经过同一信道返回发送端。

上述技术方案中，所述脉冲源发生器包括窄线宽激光器和强度调制器，其中的窄线宽激光器用于产生连续光，强度调制器用于将窄线宽激光器产生的连续光切割为脉冲源。

上述技术方案中，所述分束器为99：1的分束器。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

本发明具有极强的安全性和可实施性。首先在实际量子密钥分发系统中，窃听者可以在信道中改变本振光达到窃听的目的。而该方案通过在发送端产生本振光并在发送端进行信号的检测，避免了本振光的传输，弥补了窃听者利用本振光传输的漏洞；除此之外，由于本振光和信号光都来自同一光源，因此其频率差异不大，且相位抖动小，因此最终的相位噪声大大降低；另一方面，由于采用了往返式的结构，传输过程中的偏振漂移将会自动补偿，避免了由于偏振漂移而导致的系统性能下降，因而该方案使得系统的长时间稳定性提高。