[发明专利]一种本地本振的四态连续变量量子密钥分发方法及系统

权利要求书

1.一种本地本振的四态连续变量量子密钥分发方法，该方法采用四态协议并采用相位编码，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

(1)发送端等概率且随机地制备并发送只在相位上有所区别的四种信号光以对应四种信号态，并采用相位编码方式将所发送的信号光编码为发送端原始密钥，所述四种信号光满足以下条件：以任意一种信号光为基准信号光，其余三种信号光与基准信号光之间的相位差分别为90°、180°、270°；

(2)接收端接收信号光后进行偏振补偿，然后将补偿后的信号光分束为第一信号光和第二信号光；接收端制备本振光，本振光在一轮成码时间内与相应基准信号光保持固定相位差接收端将本振光分束为第一本振光和第二本振光，并在第一本振光中引入的相位增量，然后使第一本振光与第一信号光发生干涉，使第二本振光与第二信号光发生干涉，最后通过分别对两组干涉后的叠加光进行外差测量，得到一对光场正交分量，即正则动量p和正则坐标q；

(3)接收端将测得的q和p分别作为实部和虚部形成一个复数，然后按照与发送端相同的编码方式将所述复数编码为接收端原始密钥；

(4)在得到原始密钥后，通过拟牛顿算法进行数值模拟，给出无条件安全的成码率的估计；在无条件安全的成码率大于零的基础上，发送端和接收端随机选取部分密钥公布以进行经典纠错，错误验证和隐私放大，得到最终的安全密钥。

2.根据权利要求1所述的一种本地本振的四态连续变量量子密钥分发方法，其特征在于：所述步骤(1)中，发送端将信号光编码为发送端原始密钥的方法包括以下步骤：记发送端发送的四种信号光的相位分别为然后将所述四个相位编码为四个经典比特x₁至x₄。

3.根据权利要求2所述的一种本地本振的四态连续变量量子密钥分发方法，其特征在于：所述步骤(3)中，将所述复数编码为接收端原始密钥的具体步骤包括：

将接收端将测得的q和p分别作为实部和虚部而形成的复数记为C＝q+ip＝re^ia，r和a分别为C的模和幅角，然后按照以下规则提取密钥：

①且r≥ε，取x₁；

②且r≥ε，取x₂；

③且r≥ε，取x₃；

④且r≥ε，取x₄；

⑤a为其余结果，取⊥。

4.一种本地本振的四态连续变量量子密钥分发系统，用于实现权利要求1至3任意一项所述的方法，包括发送端和接收端，其特征在于：

所述发送端包括：信号光发送模块、信号光强度调制模块和信号光相位调制模块；其中，信号光发送模块发送连续激光，信号光强度调制模块将连续激光制备为符合信号光条件的弱相干光脉冲，信号光相位调制模块将弱相干光脉冲制备为所述四种信号光；

所述接收端包括：本振光制备模块、信号光偏振补偿模块以及探测模块；其中，本振光制备模块用于制备符合本振光条件的强经典光脉冲，信号光偏振补偿模块用于对接收到的信号光进行偏振补偿，探测模块用于将本振光分束为第一本振光和第二本振光，并在第一本振光中引入的相位增量，然后使第一本振光与第一信号光发生干涉，使第二本振光与第二信号光发生干涉，最后通过对两组干涉后的叠加光分别进行零差测量，得到正则动量p和正则坐标q。

5.根据权利要求4所述的一种本地本振的四态连续变量量子密钥分发系统，其特征在于，所述发送端和接收端分别设置后处理模块，所述后处理模块用于控制本端各模块实现相应功能，以及与另一端的后处理模块进行成码率估计、经典纠错、错误验证和隐私放大，最后提取安全密钥。