[发明专利]一种异步匹配的测量设备无关量子密钥分发方法及系统

说明书

本发明公开了一种异步匹配的测量设备无关量子密钥分发方法及系统，通过利用后匹配方法实现时间‑相位编码的双光子贝尔态测量来突破密钥限制，与现有的测量设备无关的量子密钥分发相比，本发明可以提供更高的安全码率，拥有更远的传输距离；同时，在传输距离不大于490km的情况下，本发明可以选择较短时间间隔随机匹配，使信道传输造成的相位漂移无需校准；在传输距离不大于370 km的情况下，本发明无需激光器快速主动锁相锁频，降低了实验要求，很大地提高了安全性和实用性，节约了实验成本。

技术领域

本发明涉及量子密钥分发技术领域，具体涉及一种异步匹配的测量设备无关量子密钥分发方法及系统。

背景技术

量子密钥分发是量子信息领域中目前最接近实用化的研究方向。由于计算机性能的不断发展，传统密码依赖于计算复杂度的编码方式正受到安全性方面的挑战，近年来RSA算法的不断被破解正说明了这一点。相对的，具有无条件安全性的量子密钥分发技术则具有广泛的应用前景。

2012 年多伦多大学的 Lo 等人提出的测量设备无关的量子密钥分发协议（MDI-QKD），利用双光子干涉规避了探测端的所有安全漏洞，具有更高的安全性和实用性。MDI-QKD通过引入一个不可信的中间节点使密钥传输距离加倍,但是，其成码率受到线性成码率界限的严格限制，现有实验中传输距离最远为404公里，在404公里时码率下降为bps，难以用于城际通信。另一方面，测量设备无关的量子密钥分发系统分为偏振编码和相位编码两大类。偏振编码测量设备无关量子密钥分发系统受到光纤双折射和时间抖动的影响，导致脉冲偏振态发生变化，造成系统误码率高、成码率低。之后出现的相位编码测量设备无关量子密钥分发系统由于两个独立激光器的初始相位以及光经过光纤产生的相位飘移、时间抖动不同，同样会有系统误码率高、稳定性差的问题。

当前已有专利“一种两节点测量设备无关量子密钥分发系统”(CN104579643A）。该专利将两个独立激光器和测量装置都放置在同一个节点上，形成两节点双向传输的量子密钥分发系统；并利用法拉第共轭旋转效应和设计相同的传输路径，解决了目前三节点测量设备无关量子密钥分发系统因偏振变化、相位漂移、相位参考系不统一、时间抖动等因素造成稳定性差的问题，实现了偏振自补偿、相位漂移自补偿、相位参考系无需校准、同步易于实现的目的。但是，该发明具有以下缺陷：1.由于系统是双向传输的，考虑光纤损耗，其成码率低于传统MDI-QKD，不能够打破线性成码率界限。2.使用法拉第旋转镜对光脉冲实现偏振自补偿，增加了系统的复杂度和实验难度。3.要求节点可信，严重影响其实用性。

发明内容

发明目的：本发明目的是提供一种异步匹配的测量设备无关量子密钥分发方法及系统，解决了目前的测量设备无关量子密钥分发系统不能打破线性成码率界限，导致其成码率低，系统误码率高，而且传输距离短的问题。本发明在使用激光器主动锁相锁频和信道相位漂移测量技术时，传输距离最远可以达到650km，远远超过现有的测量设备无关量子密钥分发系统；在传输距离为中距离490km内，本发明无需相位漂移测量；在传输距离为中短距离370km内，本发明无需激光器主动快速锁相锁频。

技术方案：本发明一种异步匹配的测量设备无关量子密钥分发方法，包括以下步骤：

（1）制备：第一发送端和第二发送端随机制备不同光强且相位随机的弱相干态量子信号光脉冲发往测量端；

（2）测量：测量端对来自第一发送端和第二发送端的光脉冲进行干涉测量，当有且仅有第一探测器和第二探测器中的一个探测器响应时，记为一个成功事件；

（3）后匹配：对于每一个成功事件，当第一发送端和第二发送端中任意一方选择诱骗态量子信号光脉冲时，则两个发送端均公布各自的相位信息以及经典比特值；并且定义两个发送端都选择诱骗态量子信号光脉冲的时间窗口为诱骗窗口，两个发送端随机挑选出两个诱骗窗口，在满足要求的情况下，匹配两个诱骗窗口的脉冲为脉冲对，根据测量端公布的测量结果得到X基矢的比特值；