[发明专利]一种完全对称可收发密钥的量子密钥分发系统

说明书

本发明的目的在于设计一种高速高效率、易于集成、抗干扰能力强的完全对称的可收发密钥的量子密钥分发装置，在该装置中通信双方模块内的光器件完全相同且对称。通信双方可以分别发送与接收密钥，因此密钥生成率提高为原来的两倍，极大的提高了密钥传输的灵活性和实用性。本方案利用不等臂马赫曾德干涉仪编码方案共享密钥信息，采用相位调制器与法拉第镜组成的偏振不敏感的相位调制方案保证了远距离通信时干涉的稳定性。本装置采用单向的装置加载相位信息，不仅可以高速准确的加载相位，而且避免了光路往返通过时可能引起的木马攻击，提高了通信系统的安全性。

技术领域

本发明涉及光纤传输保密通信技术领域，特别涉及一种完全对称可收发密钥的量子密钥分发系统。

背景技术

量子力学自20世纪初正式确立以来，不断影响着科技社会的发展。尤其是量子计算机的提出，严重威胁到现有的基于计算机复杂度的经典密码体制。因此，以量子密钥分发(Quantum Key Distribution,QKD)为代表的量子保密通信(Quantum Communication,QC)，基于量子力学原理保证了信息传递过程的无条件安全性而受到了广泛的关注。自从1984年第一个量子密钥分发协议，BB84协议提出以来，许多量子密钥分发协议以及实验被相继提出，量子密钥分发已经成为量子信息领域最接近实用化的研究方向。

在实际的量子密钥分发系统中，通常选择光子的偏振或者相位作为编码为度。在远距离的光纤QKD系统中，由于相位编码的稳定性比偏振编码更高，因此通常采用相位编码来加载信息。相位编码QKD系统通常采用不等臂马赫曾德干涉仪或法拉第迈克尔逊干涉仪搭建。但是，无论采用哪一种编码方式，目前QKD 系统都是采用一方用户制备量子态，另一方用户测量量子态或者一方用户制备和测量返回的量子态，另一方用户仅编码量子态的方式实现的。假设某一方的制备设备(激光器)或者探测设备(单光子探测器)不能正常工作，那么双方就不能共享密钥来通信，这无疑限制了QKD系统的实用性。

发明内容

本发明的目的在于设计一种高速高效率、易于集成、抗干扰能力强的完全对称的收发密钥的量子密钥分发方案，在该装置中通信双方模块内的光器件完全相同且对称。本方案由单光子源、衰减器、环形器、X型耦合器、Y型耦合器、相位调制器、法拉第镜以及单光子探测器依次连接而成。通信双方Alice和Bob可以分别同时发送与接收密钥，基于相位编码通过不等臂马赫曾德干涉仪的方案获得最终的密钥。

本发明采取如下技术方案：