[发明专利]一种本地本振的四态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量子密钥分发方法，其特征在于，包括步骤：

(1)发送端生成信号光，通过对信号光进行相位调制，按照概率随机地制备出对应四种信号态的信号光，p_A表示一概率值，所述四种信号态为：|α、|-α、|iα、|-iα；

(2)接收端接收所述信号光，同时生成本振光，然后通过相位调制随机且等概率地在本振光中引入0或π/2的相位增量后与信号光一并送入本端的零差测量模块进行测量，得到信号光的正则坐标分量或正则动量分量；

(3)重复步骤(1)至(2)N次后，得到一轮成码所需的数据；

(4)发送端和接收端通过认证的经典信道进行通信以实现测量数据的后处理：接收端公布自己对测量基矢的选择，将同一量子态在一对正交测量基矢下的测量结果作为一组零差测量值，其余数据舍去；

(5)发送端与接收端从保留的数据中随机公布一部分，通过振荡斜率算法估计成码率；

(6)在成码率满足安全性要求的前提下，发送端对所发送的信号态进行密钥映射，得到发送端的初始密钥；接收端根据测量结果进行密钥映射，得到接收端的初始密钥；

(7)发送端和接收端基于各自的初始密钥进行纠错和隐私放大，最终得到安全密钥。

2.根据权利要求1所述的一种本地本振的四态量子密钥分发方法，其特征在于，所述发送端得到初始密钥的方法为：发送端根据随机数发生器所得随机数对所发送的四种信号态进行相位编码，并得到初始密钥。

3.根据权利要求2所述的一种本地本振的四态量子密钥分发方法，其特征在于，所述接收端得到初始密钥的方法为：

接收端将每一组零差测量值中的正则坐标表示为复数将正则动量表示为复数y为模，θ₁和θ₂为幅角，然后按照以下规则将和映射到字符串z_j上：

且θ₂∈[-Δ_P,Δ_P)时，z_j＝0；

且θ₂∈[π-Δ_P,π+Δ_P)时，z_j＝1；

且θ₂∈[-Δ_P,Δ_P)时，z_j＝2；

且θ₂∈[π-Δ_P,π+Δ_P)时，z_j＝3；

其中，为可选范围，范围之外的结果则全部抛弃。

4.一种本地本振的四态量子密钥分发系统，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、第一存储模块与后处理模块；其中，信号光发送模块用于制备所述对应四种信号态的信号光；第一存储模块用于存储发送端制备信号光的记录；后处理模块用于实现所述后处理步骤以及后续的纠错和隐私放大步骤；

所述接收端包括本振光发送模块、测量模块与第二存储模块；其中，本振光发送模块用于制备所述本振光并在本振光中引入0或π/2的相位增量；测量模块用于对信号光与本振光进行零差测量；第二存储模块用于存储测量模块在零差测量时所选择的测量基矢。

5.根据权利要求4所述的一种本地本振的四态量子密钥分发系统，其特征在于，

所述发送端包括第一电吸收连续激光器、第一随机数发生器和第一相位调制器；其中，第一电吸收激光器用于产生具有高消光比的光脉冲；第一随机数发生器用于产生对应所述四种信号光的四个随机数；第一相位调制器根据第一随机数发生器产生的随机数将第一电吸收激光器产生的光脉冲调制为对应的信号光；

所述接收端包括：第二电吸收激光器、第二随机数发生器、第二相位调制器、分束器、第一探测器、第二探测器和差分放大器；其中，第二电吸收激光器用于产生与信号光频率一致的高消光比强光脉冲，该脉冲作为本振光；第二随机数发生器用于生成两个不同的随机数以控制第二相位调制器在本振光中引入相应的0或π/2的相位增量；分束器将信号光和本振光干涉后分为两束并分别送至第一、第二探测器进行测量，第一、第二探测器的测量结果经差分放大器放大后，得到信号光的正则坐标分量或正则动量分量。