[发明专利]一种四态调制连续变量量子密钥分发数据协调方法及系统

说明书

本发明涉及一种四态调制连续变量量子密钥分发数据协调方法及系统，所述方法包括：将密钥调制到相干态，通过量子信道发送至接收端；利用平衡零差探测器获取测量结果，进而获取相干态的归一化结果，并确定滤函数值，判断是否保留各位密钥，若是，则在该位密钥的位置标记冻结位信息，将保留的密钥中密钥信息段通过经典信道发送至发送端；判断量子信道是否安全，将判断信息发送至接收端；若判断信息为量子信道安全，则将除密钥信息段外的密钥信息的冻结位信息经系统Polar码编码后发送至发送端；经系统Polar码译码，获取该冻结位信息对应的密钥信息，经密性放大，获取最终安全密钥。本发明可提高数据协调效率，有效提取安全密钥，可以降低设备复杂度。

技术领域

本发明属于量子信息科学交叉技术领域，具体涉及一种四态调制连续变量量子密钥分发数据协调方法及系统。

背景技术

依据量子力学的物理特性，量子密钥分发(Quantum key distribution,QKD)协议在发送者和接收者之间通过量子信道传输编码信息的量子态，可在合法用户间建立安全的通信密钥，并从物理机制上保证其安全性和对窃听者的可检测性。QKD协议的理论方案都包含两个部分，第一部分包括数据的编码、传输、解码，目的是在两个用户之间建立共享数据，获得筛选密钥；第二部分是通过误码率估计，检测出已有的传输过程是否安全。如果结果表明传输过程安全，则可通过信息后处理方法，最终获得安全的密钥。与离散变量量子密钥分发(DVQKD)协议利用光子的偏振、相位等离散变量来承载信息不同，连续变量量子密钥分发(CVQKD)是一种利用连续变化的物理量来承载所需分发的密钥信息的量子密钥分发协议。因其制备设备简单、探测效率高、与现有光纤网络兼容性好等优势，成为量子密钥分发的研究热点。

在连续变量量子密钥分发协议中，不仅可以选择不同的量子态作为信息的载体，还可以选择不同的信息调制方式，最常见的有高斯调制和离散调制。理论和实验表明，高斯调制的CVQKD协议虽有着互信息最大的优势，其缺点也十分明显，即通信距离远远小于离散变量量子密钥分发协议。主要原因是随着通信距离的增加，数据协调效率下降迅速。目前解决这个问题有两种思路：一种是设计出性能更好的数据协调算法，在信噪比很低的情况下也仍有较高的协调效率；另一种是使用非高斯调制协议。

2009年，Leverrier等人提出了二态和四态调制的相干态CVQKD协议，这是非高斯调制协议的一种，增加了通信传输距离，但该协议使用的线性无噪放大器设备复杂且实际成功率远低于期望值，因此无法满足需求。

发明内容

本发明提供一种四态调制连续变量量子密钥分发数据协调方法及系统，其目的是基于本发明提供的一种四态调制连续变量量子密钥分发数据协调方法及系统，提高数据协调效率，有效提取安全密钥，并降低设备复杂度。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种四态调制连续变量量子密钥分发数据协调方法，其改进之处在于，所述方法用于发送端，包括：

通过激光器将密钥调制到相干态的振幅分量和相位分量上，并通过量子信道将所述相干态发送至接收端；

根据接收到的密钥与所述发送端自身原有的密钥的误码率判断所述量子信道是否安全，并将判断信息发送至接收端；

接收来自接收端返回的密钥的冻结位信息；

获取接收的冻结位信息在所述发送端自身原有的密钥上对应的密钥信息；

将所述冻结位信息在所述发送端自身原有的密钥上对应的密钥信息密性放大，获取最终安全密钥。

优选的，所述接收到的密钥为所述接收端对所述相干态进行如下处理后发送至所述发送端的密钥信息段：

利用平衡零差探测器测量接收到的相干态，获取所述密钥中各位密钥的平衡零差探测器测量结果；