[发明专利]一种本地本振的四态量子密钥分发方法及系统

说明书

本发明提出一种本地本振的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，同时提出一种新的零差测量后处理方法，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，能够通过零差测量的方法达到外差测量的理论传输距离，另一方面，本发明在估计成码率的过程中采用了振荡斜率算法，通过该算法在保证集体攻击下无条件安全的前提下提升了估计成码率的速度。

技术领域

本发明涉及量子密钥分发领域，尤其涉及一种本地本振的四态量子密钥分发方法及系统。

背景技术

量子密钥分发是量子通信领域中目前最接近实用化的研究方向，随着各类型计算机尤其是量子计算机的发展，传统依赖于计算复杂度的密钥分发手段变得不再安全。而量子密钥分发则由于其无条件安全性受到各方重视。量子密钥分发主要分为离散变量量子密钥分发(Discrete Variable QKD)和连续变量量子密钥分发(Continuous Variable QKD)两大类。

连续变量量子密钥分发系统在光场的正则分量上编码，其量子态可使用光纤通信中用到的半导体激光器来制备，量子态探测可以使用零差或外差测量来实现。因此，连续变量量子密钥分发系统可以与现有光通信系统实现复用，在降低成本、提升集成化程度和提高实用化水平等方面具有潜在的优势，成为一种更符合现实的优选方案。

文献“Asymptotic Security Analysis of Discrete-Modulated Continuous-Variable Quantum Key Distribution，Phys.Rev.X 9,0401064”提供了一种连续变量四态量子密钥分发协议，但在这个协议中采用了一种凸优化和数值模拟的方法，用于计算四态调制协议的安全成码率，从而得到较紧的成码率下限。但是，文中所使用的凸优化算法和数值模拟，所需运算量大，计算过程缓慢，不能适应实际运用中的需求，且文献中也并未给出该协议如何通过具体系统实现。

另一方面，在连续变量量子密钥分发系统构建过程中，零差测量由于其结构简单、系统体积小以及对信号光质量要求低等优势而获得青睐。然而零差测量传输距离较低，实验上仅达到约50km。外差测量在理论上传输距离可以达到200km以上，但由于系统的噪声影响，实验上的传输距离相较于零差测量并没有优势，甚至会更低。

发明内容

发明目的：本发明旨在针对现有技术的不足，提出一种本地本振的四态量子密钥分发方法及系统，本发明中提出一种新的零差测量后处理方法，能够通过零差测量的方法达到外差测量的理论传输距离，另一方面，本发明在估计成码率的过程中采用了振荡斜率算法，通过该算法在保证集体攻击下无条件安全的前提下提升了估计成码率的速度。

技术方案：为实现上述目的，本发明提出的技术方案为：

一种本地本振的四态量子密钥分发方法，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；