[发明专利]多星协同的低损量子通信方法

说明书

本发明公开一种多星协同的低损量子通信方法，通过星载中继为超远距离地面目标建立星地量子通信链路，发送方将安全攸关信息上传至过境窗口内距离最近的星载量子中继，星载量子中继将安全攸关信息直接发送给接收方，或保存安全攸关信息直至接收方过境窗口内出现另一星载量子中继并转发给接收方。本发明提出以时间延迟为代价置换信道损耗代价，为能容忍小时量级传输延迟但严格控制可信中继数量的量子通信提供全新的解决手段，借助卫星在轨高速运行机制可将安全攸关信号上行和下行损耗控制到最低，同时提高了星地量子通信全时段工作能力，可作为一种全新的量子通信工作模式，为构建全球覆盖量子通信网络提供解决方案。

技术领域

本发明属于量子通信学科，具体是指通过星载中继为超远距离地面目标建立量子通信链路、通过星间量子通信信号转发充分利用过境时间窗内超低链路损耗、通过多星协同实现全球覆盖低损量子通信的方法，尤其涉及一种多星协同的低损量子通信方法、系统及存储介质。

背景技术

量子通信基于海森堡测不准原理、量子不可分离原理、量子不可克隆原理等，是一种具有数学可证明无条件安全内生属性的新型通信手段，窃听者无法在不引起通信双方觉察的情况下对通信内容进行窃听、解译和伪造。现阶段最成熟的量子通信技术是量子保密通信技术，通过量子态同步共享机制实现密钥分发并通过“一次一密”异或运算对明文信息进行加解密处理。另一方面，量子态还可以作为信息载体，通过量子直接通信手段实现安全攸关信息的有效传递。

信道损耗是实用化量子通信首要解决的问题，信道损耗一方面降低了量子通信有效速率，另一方面产生大量的量子比特误码并影响量子通信的安全性。经典通信的中继放大手段无法满足量子通信信号的长距离传输需求，可信中继虽然能在某种程度上增加量子通信的传输距离，但多个节点信息落地将会给通信安全带来严重隐患。与之相比，一跳转发式星地量子通信方案具有更高的安全性，但严重受限于过境时间限制。

发明内容

基于现有技术的问题，本发明要解决的技术问题：如何通过多星协同的星载中继为超远距离地面目标建立量子通信链路，发送方通过一颗或多颗星载中继将安全攸关信息传递给接收方。

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种多星协同的低损量子通信方法，发送方将安全攸关信息上传至过境窗口内最近的星载量子中继，此星载量子中继如果位于接收方的过境窗口内，则直接将安全攸关信息传递给接收方；此星载量子中继如果不在接收方的过境窗口内，则保留安全攸关信息直至在轨运行至接收方的过境窗口内；此星载量子中继也可以通过星间链路将安全攸关信息传递给接收方过境窗口内最近的一颗星载量子中继，再由此星载量子中继转发给接收方；此星载量子中继也可以保留安全攸关信息直至另一颗星载中继进入到接收方的过境窗口。

为了达到上述效果，本发明提供的多星协同的低损量子通信方法，包括发送方、多个星载量子中继以及接收方，作为发送方的地面目标从过境窗口内选择最近的一颗星载量子中继，并将安全攸关信息上传至此星载量子中继，如果发送方过境窗口内没有星载量子中继，则需等待直至在轨运行的某颗星载量子中继进入过境窗口；星载量子中继可通过一跳转发方式将安全攸关信息发送给与发送方相隔超远距离的接收方地面目标，如果星载量子中继在接收方过境窗口内，则零延迟地发送安全攸关信息，如果星载量子中继不在接收方过境窗口内，则保存安全攸关信息直至在轨运行进入发送方的过境窗口，而后有延迟地发送安全攸关信息；星载量子中继通过多星协同的多跳转发方式将安全攸关信息发送给发送方，如果接收方过境窗口内存在另一颗星载量子中继，则零延迟地通过两颗甚至多颗星载量子中继将安全攸关信息递送至接收方；如果接收方过境窗口内不存在星载量子中继，则保留安全攸关信息直至某一颗星载量子中继进入接收方过境窗口内，而后有延迟地发送安全攸关信息。

优选的，上述发送方将安全攸关信息通过点对点量子通信方式传递给过境窗口内最近的一颗星载量子中继作为第一跳星载量子中继。

优选的，上述第一跳星载量子中继对安全攸关信息进行转发时，当第一条星载量子中继位于接收方过境窗口内时，则直接将安全攸关信息传递给接收方。