[发明专利]量子密钥分配中的加速全效及扩容方法

摘要

量子密钥分配中的加速全效及扩容方法属于量子密码通信技术领域。与传统的基于N(≥2)组测量基的量子密钥方案相比,它具有以下特征用一串重复使用的控制码控制基的选择,使通信双方在基的选择上由原来的随机变成确定,但对窃听者,控制码是一串密钥。这样量子比特的利用率由原来的(1/N)×100%提高到近100%;省去通信双方对比基的步骤,用全容编码代替简并编码,通信容量由原来的每一个量子态携带1量子比特的信息变成log2(2N)量子比特,使总的比特信息传输效率至少提高N/log2(2N)倍。对量子态分组处理,这样容易检测是否有人窃听密钥传输过程。本方法可以用传统的量子密钥方案的硬件设备容易地实现,只需引入控制码、全容编码和分组数据处理方式即可。

主权项

1.量子密钥分配中的加速全效及扩容方法，含有Alice(发送方)借助量子信号源和相应的控制、调制、发送系统每一次用N＝2组测量基(基或基)中的一组经量子信道发送以一个量子态表述的二进制位数，Bob(接收方)借助于相应的控制、测量、接收系统进行测量，然后通信双方再借助于各自的记录、数据处理系统经过经典通道进行检测窃听、纠错、机密性放大后得到最终密钥并进行编码的步骤，其特征在于，它依次含有如下步骤：(1)给出：一串用二进制数表示的长度为Nk的控制码及其重复使用次数T；M0：当控制码的二进制数是“0”时，用第一组基传输的每一组量子态的长度；M1：当控制码的二进制数是“1”时，用第二组基传输的每一组量子态的长度；分组处理数据时的分组数g；每一组数据的长度Di(i＝1，2，…，g)；抽样出错率阈值em；(2)逐位地根据控制码的二进制数是“0”还是“1”来分别利用基或基来传输长度分别为M0或M1的一组量子态，同时进行记录；(3)控制码使用完后，Alice和Bob按给定次数重复使用原来的控制码；(4)记录以量子态表述的测量结果；进行全容编码；(5)对记录下的用基传输的量子态L(即|L，45°线偏振方向)、R(即|R，135°线偏振方向)，用基传输的量子态H(即|H，垂直线偏振方向)、V(即|V，水平线偏振方向)共四种完全不同的量子态按以下方式进行全容编码：把|H、|V、|L和|R分别编码为四组各不相同的用二位二进制数表示的二进制码；(6)Bob告诉Alice哪一些测量没有计数，双方把没有计数的结果去掉，余下的结果记为S(即Si，i＝1，2，3，…，u)；(7)双方按设定的分组数g对S进行分组；(8)Alice和Bob从每一组数据里随机地挑出适量的结果通过经典信道进行比对，判断每一组数据的出错率；(8.1)若没有一组数据的抽样出错率比阈值高，则密钥传输是安全的，随后Alice和Bob按公知方式做纠错和机密性放大处理，从而得到密钥；(8.2)若有一些数据组的随机抽样出错率比阈值高，Alice和Bob先对相应的数据组增加随机抽样分析；若依然存在较高的出错率，则Alice和Bob使用新的控制码从头开始重复密钥的传输过程。