[发明专利]一种连续变量四态量子密钥分发方法及系统

说明书

本发明提出一种连续变量四态量子密钥分发方法及系统，本发明在通信的接收端采用零差测量获得信号光的正则分量，结合适当的数据后处理，将公布的测量结果进行适当的组合配对，相对传统的接收端采用零差测量的方法，可以获得更高的码率；本发明所述系统采用脉冲激光模块作为光源，降低了仪器的复杂度；该系统所需要调制的四种相干态之间只有相位上的差异，在进行信号加载时无需额外对幅度进行调制，降低了实施难度。

技术领域

本发明涉及量子密钥分发技术领域，尤其涉及一种连续变量四态量子密钥分发方法及系统。

背景技术

量子密钥分发技术(quantum key distribution，下称QKD)根据实现方式的不同，主要分为离散变量量子密钥分发(discrete variable QKD，下称DV-QKD)和连续变量量子密钥分发(continuous variable QKD，下称CV-QKD)。DV-QKD将信息编码在单个光子的某个自由度上，探测时使用单光子探测器进行检测；CV-QKD将信息编码在光场的正则分量上，利用零差测量装置对发送的光信号进行检测。

CV-QKD在具体实施时可以采用高斯调制的方式，这种调制方式调制相干态的正则分量使其呈高斯分布；除此之外，还有离散调制的方式，这种调制方式通常使相干态在相空间呈对称分布。

对于连续变量离散调制的量子密钥分发而言，接收端在接收到信号之后需要对信号光光场的正则分量进行测量。测量的方式可以分为零差测量和外差测量两种，零差测量每一次可以通过给本振光施加相位测量正则动量分量p或者正则坐标分量q，一个信号光脉冲一次可以产生1比特信息；外差测量则通过分光的方法同时测量信号光光场的正则动量分量p和正则坐标分量q，一个信号光脉冲一次可以产生2比特信息。

当前已经有采取高斯调制的方式实现CV-QKD的系统(CN105024809A)，该专利引入协商算法、低噪探测器以及补偿算法的手段实现了高斯调制的连续变量量子密钥分发，但是该专利存在下述缺陷：1.高斯调制要求在制备信号光时对光的正则分量进行连续的调制，实施起来难度很大；2.专利当中为了对光进行信号调制，采用了连续激光器和强度调制器，这样增加了系统的复杂度和实施难度。另外，在过噪声高的情况下，通常的离散调制量子密钥分发协议在接收端使用零差测量时只能得到很低的码率，这限制了它的传输距离，使得它的实用性大大下降。

发明内容

发明目的：本发明旨在针对现有技术的不足，提出一种实现连续变量四态调制CV-QKD的方法和系统。本发明在通信的接收端采用零差测量获得信号光的正则分量，结合适当的数据后处理，将公布的测量结果进行适当的组合配对，相对传统的接收端采用零差测量的方法，在过噪声大的情况下可以获得更高的码率并且提高通信距离；本发明所述系统采用脉冲激光模块作为光源，降低了仪器的复杂度；该系统所需要调制的四种相干态之间只有相位上的差异，在进行信号加载时无需额外对幅度进行调制，降低了实施难度。

技术方案：为实现上述目的，本发明提出的技术方案为：

一种连续变量四态量子密钥分发方法，包括步骤：

(1)发送端制备本振光，并按照概率分布[q1,q2,q3,q4]产生对应四个相干态{|s,|-s,|is,|-is}的信号光，然后将信号光与本振光发送到接收端；其中，q1＝q2，q3＝q4，q1+q2+q3+q4＝1，s为实数；

(2)接收端通过相位调制随机且等概率地在本振光中引入0或π/2的相位增量，分别用以测量信号光的正则坐标分量或正则动量分量，然后，接收端进行零差测量，得到信号光的正则坐标或正则动量；

(3)重复步骤(1)至(2)N次后，得到一轮成码所需的数据；