[发明专利]一种远距离高效光量子密钥传输方法及其系统

说明书

本发明公开了一种远距离高效光量子密钥传输方法，包括选择需要传输密钥的线路，制备随机混合态偏振光子脉冲信号，控制发送脉冲光子总数小于或者等于光脉冲混合态数2倍，发送方比对计算值与接收端的实际测量值并与标准衰减率进行比对，发送方根据衰减率误差大小，采用取整方案并通过公共信道将取整方案告之接收端，双方对剩余序列结果进行取整，得到双方共有密钥。因此，本发明能确保窃听者无法破译，可以实现远距离高效传输。操作方便，实现方法较简单，效率高，且能确保光量子信息远距离传输绝对安全，安全可靠的量子通讯方法，具有使用价值。

技术领域

本发明涉及光量子通讯技术领域，尤其涉及一种远距离高效光量子密钥传输方法及其系统。

背景技术

在光量子通讯中，只有利用单光子作为一个个独立的信息载体才满足量子不可克隆原理，才是绝对安全，可以防止窃听者窃听的。但由于单光子编码通讯抗干扰力差、操作实施难度高及效率低等一系列问题。比如用光纤传输，信号衰减大，只在短距离实验中取得成功；而通过大气直接传输信号，易受气候影响，在恶劣气候条件下甚至会造成通信中断。大气中的氧、氮、二氧化碳、水蒸汽等大气分子对光信号有吸收作用；大气分子密度的不均匀和悬浮在大气中的尘埃、烟、冰晶、盐粒子、微生物和微小水滴等对光信号有散射作用。云、雨、雾、雪等使激光受到严重衰减等。因此，其应用价值非常有限；故目前开展的远距离光量子通讯实验都是采用发送偏振光脉冲给接收者的方法进行实验。如潘建伟团队发送的墨子号量子卫星。该方法比在地面利用有线传输信息更难实施窃听，但并不是不能被窃听。由于使用的是含多个光子的光脉冲，窃听者可在光路传输途中利用非偏振分光棱镜分出少部分光子，并利用高效设备对窃取部分脉冲光子实施测量而不易被发现。并且从目前的技术上来看是有可能实现的，目前已有的量子通讯方法只有利用真正的单光子作信息载体，并辅助严格的操作程序才能保证通讯是绝对安全可靠的。而单光子编码通讯采用自由空间传输光信号存在环境因素的影响、操作实施难度高等问题；如果用光纤传输，信号衰减严重，只在短距离实验中取得成功，其应用价值非常有限；故目前开展的远距离光量子通讯都是采用发送单态多光子的偏振光脉冲给接收者的方法进行实验，但这样就存在被窃听的风险。

如中国科学院上海技术物理研究所申请的专利技术(CN201110167153：一种实时测量偏振光特性的方法)，利用该技术就可实时获得脉冲偏振光的偏振方向。因此，在远距离光通讯中，使用多光子脉冲进行序号传输仍然存在被窃听的风险。同时，该方法是利用偏振激光在“空对地”的空间中传输，既受天气(白天或黑夜、雷雨天气及其他极端天气)影响又受空气环境(如颗粒物含量、雾霾以及水蒸气等)的影响。因此，传输效果不稳定，有可能无法区分是否存在窃听者，甚至于不能实现正常的通讯。因此需要一种远距离安全稳定高效的光量子密钥传输方法。

发明内容

为解决上述系列问题，本发明提供了一种远距离安全稳定高效的光量子密钥传输方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

本发明包括如下步骤：

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：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，并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；