[发明专利]量子密钥分发系统及方法

说明书

本公开提供了一种量子密钥分发系统及方法。所述系统包括：第一相位调制器，用于基于第一随机数序列对单光子信号进行相位调制；90度移相器，用于对第一相位调制器的输出信号进行90度移相，得到第一路单光子调制信号；第二相位调制器，用于基于第二随机数序列对单光子信号进行相位调制，得到第二路单光子调制信号；180度混频器，用于将第一路单光子调制信号和第二路单光子调制信号进行180度混频，得到两路混频相干信号；2个单光子探测器，用于分别对两路混频相干信号进行探测，得到探测结果；处理器，用于基于探测结果、第一相位调制器在不同时间所选的基、以及第二相位调制器在不同时间所选的基，确定通信密钥。

技术领域

本公开涉及通信技术领域，特别涉及一种量子密钥分发系统及方法。

背景技术

量子密钥分发(quantum key distribution，QKD)利用微观粒子作为载体进行密钥分发，密钥的安全性由基本物理原理保证，理论上说，通信双方利用量子密钥分发结合“一次一密”加密方式，可以确保分隔两地的用户安全交换密钥，实现安全通信。

量子BB84协议作为国际上首个量子密钥分发协议，在量子密钥分发领域得到广泛应用和研究。但BB84协议需要两组正交基传送两比特量子信号以保证信号的量子随机性，通过两组正交基传送信号，每个粒子只能表示比特0或1，从而导致信号的频谱利用率较低，降低了量子密钥分发系统的成码率。

发明内容

本公开实施例提供了一种量子密钥分发系统及方法，该量子密钥分发系统及方法能够提高频谱利用率，提高量子密钥分发系统的成码率。所述技术方案如下：

一方面，提供一种量子密钥分发系统，所述量子密钥分发系统包括：

单光子源，用于产生单光子信号；

第一相位调制器，与所述单光子源连接，用于基于第一随机数序列对所述单光子信号进行相位调制，所述第一相位调制器采用两个不同的第一基对所述单光子信号进行相位调制，每个所述第一基中包括两个元素，每个所述元素对应2位二进制数；

90度移相器，与所述第一相位调制器连接，用于对所述第一相位调制器的输出信号进行90度移相，得到第一路单光子调制信号；

第二相位调制器，与所述单光子源连接，用于基于第二随机数序列对所述单光子信号进行相位调制，得到第二路单光子调制信号，所述第二相位调制器采用两个第二基对所述单光子信号进行相位调制，每个所述第二基中包括一个或两个元素；

180度混频器，分别与所述第一相位调制器和所述第二相位调制器连接，用于将所述第一路单光子调制信号和所述第二路单光子调制信号进行180度混频，得到混频相干信号；

2个单光子探测器，分别与所述180度混频器的2个输出端连接，用于对所述180度混频器输出的混频相干信号进行探测，得到探测结果；

处理器，分别与所述2个单光子探测器连接，用于基于所述探测结果、所述第一相位调制器在不同时间所选的基、以及所述第二相位调制器在不同时间所选的基，确定通信密钥，所述通信密钥为所述第一随机数序列中的第一部分，所述第一部分为所述第一相位调制器进行相位调制时选择的基和所述第二相位调制器进行相位调制时选择的基相反的比特组成的序列。

在本公开实施例的一种实现方式中，所述处理器，用于基于所述探测结果、所述第一相位调制器在不同时间所选的基、以及所述第二相位调制器在不同时间所选的基，确定所述第一相位调制器进行相位调制时选择的基和所述第二相位调制器进行相位调制时选择的基相反的比特；确定所述第一相位调制器进行相位调制时选择的基和所述第二相位调制器进行相位调制时选择的基相反的比特组成的序列。