[发明专利]一种远距离高效光量子密钥传输方法及其系统

权利要求书

1.一种远距离高效光量子密钥传输方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：选择需要传输密钥的线路，并对整个光路进行监控；发送方发送不同数量及相同偏振方向的光子，并在接收端采用与发送方预先约定的偏振方向测量光子数量用以计算所述线路的衰减率和衰减率的误差范围；

步骤2：发送方准备多个激光发生器，使每一个激光分别通过可控开关，制备出含不同光子数的脉冲，脉冲间隔时间保持一致，然后分别通过不同角度的起偏器，之后将其一起耦合到通讯光纤中，制备随机混合态偏振光子脉冲信号；

步骤3：接收端随机选择任意测量偏振片角度θ_x，对脉冲序列进行测量，得到所述脉冲序列测量偏振角及与之对应的偏振脉冲通过偏振片的光子数；

步骤4：接收端将测量序列偏振角度θ_x通过公共信道发送给发送方；

步骤5：发送方根据序列偏振角度θ_x和发射相应序列的混合态中偏振角及光子数，计算接收端理论上应收到的光子数；

步骤6：接收端随机选择测量序列中部分序列的测量结果，并通过公共信道传送给发送方；

步骤7：发送方比对计算值与接收端的实际测量值，看随机序列的衰减率是否一致，并与标准衰减率进行比对，若在误差范围内一致，则用该衰减率计算剩余序列中接收端应测量到的光子数；若衰减率超过误差范围，放弃本次测量，然后重复上述步骤重新进行的密钥传输直至误差范围一致；

步骤8：发送方根据衰减率误差大小，决定采用事先约定的取整方案，并通过公共信道将取整方案告之接收端，双方对随机选择剩下的序列结果进行取整，得到双方共有密钥。

2.如权利要求1所述的一种远距离高效光量子密钥传输方法，其特征在于，在步骤2中所述偏振角度及光子数是任意随机，混合态偏振脉冲中包含偏振方向分别为θ₁、θ₂……θ_n和光子个数分别为N₁、N₂……N_n的偏振脉冲光，其中N₁+N₂+……+N_n≤2n，即混合态的光子总数小于等于组成混合态偏振方向数量的2倍。

3.如权利要求1所述的一种远距离高效光量子密钥传输方法，其特征在于，所述随机混合态偏振光子脉冲信号的制备方法包括：发送方准备多个激光发生器，使每一个激光分别通过可控开关，制备出含不同光子数的脉冲，脉冲之间的间隔时间保持一致，然后分别通过不同角度的起偏器，并同时耦合到通讯光纤中，制备出随机混合态偏振光子脉冲。

4.如权利要求1所述的一种远距离高效光量子密钥传输方法，其特征在于，不计衰减损耗，所述接收端理论上应收到的光子数的计算公式为：

N_x＝N₁cos²(θ₁-θ_x)+N₂cos²(θ₂-θ_x)+……N_ncos²(θ_n-θ_x)。

5.一种用于权利要求1-4中任一项所述传输方法的远距离高效光量子密钥传输系统，其特征在于，包括：

发送端激光信号发生模块，用于制备出含不同光子数的脉冲，产生稳定的激光并用于制备混合态光子信号；

发送端起偏模块，用于产生不同方向的偏振光；

接收端计数探测模块，用于准确计数接收光信号中的光子数；

发送端比对模块，用于与线路中的标准衰减率进行比对，若在误差范围内一致，则用该衰减率计算剩余序列中接收端应测量到的光子数；若衰减率超过误差范围，则有可能存在窃听者拦截了部分光子，放弃本次测量重复上述步骤重新进行的密钥传输。