[发明专利]连续变量量子密钥分发设备及方法

说明书

本申请公开了一种连续变量量子密钥分发(CV‑QKD)设备及方法，该设备包括：光源，调制单元，第一随机数发生器和处理器；其中，处理器用于根据预设的调制格式符号数，每个符号的分布概率和由第一随机数发生器产生的第一随机数序列，得到第一数据序列；根据该第一数据序列，得到第二数据序列；调制单元用于根据第一数据序列，对光源发出的信号进行调制，输出第二光信号，该第二光信号无需包括现有高斯协议要求的2⁸×2⁸量级的量子态个数，实现难度低。另外，本申请还提出了与该设备等价的EB模型，实现了严格的安全性证明。

技术领域

本发明涉及量子通信领域，尤其涉及一种离散调制的连续变量量子密钥分发(Continuous-Variable Quantum Key Distribution，CV-QKD)的设备及方法。

背景技术

量子通信是在经典信息论和量子力学的基础上发展起来的通信技术，现在实用化的量子通信技术主要是指量子密钥分发(Quantum Key Distribution，QKD)，QKD系统的主要功能是产生量子密钥，该量子密钥可用于对经典信息进行加密，通过快速更新加密算法的密钥可以增强经典信息传递过程的安全性。其中，QKD可以分为CV-QKD和离散变量量子密钥分发(Discrete-Variable Quantum Key Distribution，DV-QKD)两种方式，其中，DV-QKD通常是通过编码单光子信号来实现密钥分发，在光纤通讯波段，其需要工作于低温的单光子探测器；而CV-QKD通常是通过对相干态(微弱激光)进行编码来实现密钥分发，其所使用的探测器并不需要低温控制，所以它更具有实用性。

在实现CV-QKD系统的过程中，通常要追求三个重要方面：(1)安全性证明(核心)，必须给出不依赖于任何信道假设的安全码率计算方法；(2)设备易制作：利用现有技术可以制造出实际系统，追求商用化；(3)真实性能高：在典型光信道中追求高安全码率、长安全通信距离。而在CV-QKD模型中，相干态模型是最受商业欢迎的一类模型，因为相干态在物理实现上容易制备，成本低，且对相干态的调制与经典相干通信的高阶调制具有很高相似性。

其中，相干态高斯调制模型是应用比较普遍的一类相干态模型，该模型是符合现行安全性证明框架的性能最高的一类模型。但其存在一个问题，要想证明该模型的安全性，理论上要求对激光的调制要能做到理想连续分布，这在实际系统中是不现实的。后有人提出了安全性证明的近似理论，但近似程度越高对调制精度的要求就越高。在现有实验中，通常要求达到8-12个比特的调制精度，这意味着星座图上的星座点将达到100万个点的数量级，精确调制的难度非常大。

发明内容

本发明的目的在于提出一种离散调制的CV-QKD设备，解决了在保证安全性的前提下，现有CV-QKD设备调制难度非常大的问题。

第一方面，提供一种CV-QKD的发送设备，所述设备包括：光源，调制单元，第一随机数发生器和处理器；所述光源，用于产生第一光信号；所述第一随机数发生器，用于产生第一随机数序列；所述处理器，用于接收所述第一随机数序列，根据预设的调制格式符号数，每个符号的分布概率和所述第一随机数序列，得到第一数据序列；根据所述第一数据序列，得到第二数据序列，其中，所述第一数据序列和所述第二数据序列用于得到安全码率；所述调制单元，用于接收所述第一光信号，根据控制信号，对所述第一光信号进行调制，输出第二光信号，其中，所述控制信号根据所述第一数据序列生成，所述第二光信号包括n种量子态，n为不小于8的正整数。

在本申请实施例中，通过第二数据序列的引入，可以降低输出光信号的量子态个数，降低实现难度。而且，本申请实施例具有严格的安全性证明，符合业界要求。

结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述根据所述第一数据序列，得到第二数据序列，具体包括：根据预设的概率分布函数集合中的选定概率分布函数和获取的第二随机数序列，得到第二数据序列，其中，所述选定概率分布函数由所述第一数据序列中的数据决定，表示所述第二数据序列中的数据的分布概率。