一种单态半量子密钥分发系统及方法技术方案

本申请提供一种单态半量子密钥分发系统及方法，该系统包括发送端和接收端，发送端包括信号光单元、光传输单元、相位调制器单元和探测器单元，信号光单元、光传输单元和相位调制器单元依次连接，探测器单元与相位调制器单元和光传输单元连接，相位调制器单元为非等臂干涉仪；接收端包括强度调制器单元，强度调制器单元与相位调制器单元连接，强度调制器单元为干涉环路；干涉环路用于对接收的非等臂干涉仪发送的光脉冲组加载电压，得到处理后的光脉冲组，并向非等臂干涉仪发送处理后的光脉冲组。本申请的系统及方法，采用选择性调制的方式实现单态半量子密钥分发协议，解决了现有系统设计不合理的问题，具有极高的安全性和实际应用的可行性。应用的可行性。应用的可行性。

【技术实现步骤摘要】
一种单态半量子密钥分发系统及方法


[0001]本申请涉及量子保密通信领域，具体而言，涉及一种单态半量子密钥分发系统及方法。

技术介绍

[0002]目前，随着计算机和互联网在通信领域中的使用，对于通信数据的加密要求也在逐渐提升。在数据加密的手段中，一些依赖于计算的复杂度的加密手段依然存在一定的被破译的可能，而量子密码技术则基于海森堡测不准原理和未知量子态不可克隆原理，可以做到在理论上满足“一次一密”加密系统的要求，具有理论上的无条件安全性。
[0003]其中，在1984年，Bennett和Brassard提出了第一个量子密钥分发协议，在此之后往往将量子密钥分发协议的通信双方定义为Alice端和Bob端，双方均具有操纵量子的能力，例如在任意基形式上完成对量子比特的制备和测量。直到2007年，Boyer等人基于此前的量子密钥分发协议，提出了半量子密钥分发协议的概念以及四态协议，降低了量子密钥分发协议的要求，Bob端只需要拥有准备Z基形式的量子态和直接转移量子比特的能力即可。
[0004]在2009年，Zou等人提出了半量子密钥分发的单态半量子密钥分发协议，该协议的具体步骤流程为：Alice端制备一个量子态为|+>的光子，将该光子发送给Bob端，Bob端随机选择“用Z基测量后重发光子”或者“不做任何操作返还光子”，Alice端对Bob端发送回来的光子随机选择Z基或者X基进行测量，最后Alice和Bob同时公开其操作选择，若Bob端选择用Z基测量且Alice端也选择了Z基测量，则该位置的量子比特可作为码，若Bob端选择不做任何操作返还光子且Alice端选择X基测量，则该位置的量子比特可用来检测窃听。
[0005]在目前的实现方法中，由于单态半量子密钥分发的实现方法在设计方面存在一定的缺陷，需要接收端根据测量光子得到的结果重新生成新的光子并发送至发送端，不仅操作较为复杂，而且存在受到标记攻击导致信息泄露的安全隐患，因此当前的实现方法由于自身不够安全，难以具备实际应用的可行性。

技术实现思路

[0006]本申请实施例的目的在于提供一种单态半量子密钥分发系统及方法，采用选择性调制的方式实现单态半量子密钥分发协议，解决了现有技术协议系统的设计不合理的问题，简化了接收端的操作，实现了稳定的单态半量子密钥分发协议双路实验系统，具有极高的安全性和实际应用的可行性。
[0007]第一方面，本申请实施例提供了一种单态半量子密钥分发系统，包括发送端和接收端，所述发送端包括信号光单元、光传输单元、相位调制器单元和探测器单元，所述信号光单元、所述光传输单元和所述相位调制器单元依次连接，所述探测器单元与所述相位调制器单元和所述光传输单元连接，所述相位调制器单元为非等臂干涉仪；
[0008]所述接收端包括强度调制器单元，所述强度调制器单元与所述非等臂干涉仪连
接，所述强度调制器单元为干涉环路；
[0009]所述干涉环路用于对接收的所述非等臂干涉仪发送的光脉冲组加载电压，得到处理后的光脉冲组，并向所述非等臂干涉仪发送所述处理后的光脉冲组。
[0010]在上述实现过程中，本申请实施例的单态半量子密钥分发系统，采用了干涉环路作为接收端的强度调制器单元，配合作为相位调制器单元的非等臂干涉仪，相比现有技术，是一种更为合理的接收端设计，可以采用选择性调制的方式实现单态半量子密钥分发协议，解决了现有技术协议系统的设计不合理的问题，具有极高的安全性和实际应用的可行性。
[0011]进一步地，所述干涉环路包括偏振分束器和强度调制器，所述偏振分束器通过量子信道与所述非等臂干涉仪连接，所述强度调制器两端分别与所述偏振分束器连接。
[0012]在上述实现过程中，采用偏振分束器和强度调制器组合的干涉环路，可以有效实现单态半量子密钥分发协议中接收端对发送过来的光脉冲组的操作，采用选择性调制的方式实现单态半量子密钥分发协议，解决了现有技术协议系统的设计不合理的问题，简化了接收端的操作。
[0013]进一步地，所述非等臂干涉仪包括第一分束器、第二分束器、短臂子单元和长臂子单元；
[0014]所述第一分束器连接所述光传输单元，且所述第一分束器分别与所述长臂子单元和所述短臂子单元连接，所述长臂子单元和所述短臂子单元分别与第二分束器连接，所述第二分束器通过量子信道与所述干涉环路连接。
[0015]在上述实现过程中，非等臂干涉仪包括长臂子单元和短臂子单元，由于非等臂干涉仪包括这两个长度不同的子单元，两个子单元的光程不相同，因此在第一分束器的配合下，可以使得非等臂干涉仪从光传输单元接收到的光脉冲信号出射为一前一后两个光脉冲，从而实现单态半量子密钥分发协议中发送端需要进行的制备操作。
[0016]进一步地，所述长臂子单元包括相连接的第二偏振器和光纤衰减器，所述第二偏振器与所述第一分束器连接，所述光纤衰减器与所述第二分束器连接；
[0017]所述短臂子单元包括相连接的相位调制器和第一偏振器，所述相位调制器与所述第一分束器连接，所述第一偏振器与所述第二分束器连接。
[0018]在上述实现过程中，非等臂干涉仪的其中一个作用是通过长短臂子单元的光程长度不同，实现光脉冲组的制备，其中短臂子单元包括了相位调制器，可以对入射到短臂子单元的光脉冲加载相位，而长臂子单元则包括了光纤衰减器，可以调节长臂子单元光脉冲的强度损耗，使长臂子单元的光脉冲与短臂子单元的光脉冲具备相同的强度，长臂子单元和短臂子单元的模块构成补充和完善了光脉冲组的制备问题。
[0019]进一步地，所述信号光单元包括依次连接的激光器、光隔离器和光衰减器，所述光衰减器与所述光传输单元连接。
[0020]在上述实现过程中，采用激光器、光隔离器和光衰减器的组合，信号光单元可以产生稳定的信号光，并将信号光调节在适宜的强度，从而为后续单元的操作提供稳定和适宜的信号光基础。
[0021]进一步地，所述光传输单元包括光环形器，所述光环形器与所述信号光单元和所述非等臂干涉仪连接。
[0022]在上述实现过程中，光传输单元中的光环形器可以有效传输信号光单元和非等臂干涉仪之间的信号光。
[0023]进一步地，所述探测器单元包括第一单光子探测器和第二单光子探测器，所述第一单光子探测器和所述非等臂干涉仪连接，所述第二单光子探测器和所述光传输单元连接。
[0024]在上述实现过程中，探测器单元连接非等臂干涉仪和光传输单元，可以得到两种不同的光脉冲干涉信号结果，从而可靠地实现单态半量子密钥分发协议的内容。
[0025]第二方面，本申请实施例提供了一种单态半量子密钥分发方法，包括：
[0026]所述信号光单元生成光脉冲，并经由所述光传输单元传输至所述非等臂干涉仪；
[0027]所述非等臂干涉仪对接收的光脉冲进行处理，得到第一脉冲组，并向所述干涉环路发送所述第一脉冲组；
[0028]所述干涉环路对接收的所述第一脉冲组进行处理，得到第二脉冲组，并向所述非等臂干涉仪发送所述第二脉冲本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单态半量子密钥分发系统，其特征在于，包括发送端和接收端，所述发送端包括信号光单元、光传输单元、相位调制器单元和探测器单元，所述信号光单元、所述光传输单元和所述相位调制器单元依次连接，所述探测器单元与所述相位调制器单元和所述光传输单元连接，所述相位调制器单元为非等臂干涉仪；所述接收端包括强度调制器单元，所述强度调制器单元与所述非等臂干涉仪连接，所述强度调制器单元为干涉环路；所述干涉环路用于对接收的所述非等臂干涉仪发送的光脉冲组加载电压，得到处理后的光脉冲组，并向所述非等臂干涉仪发送所述处理后的光脉冲组。2.根据权利要求1所述的单态半量子密钥分发系统，其特征在于，所述干涉环路包括偏振分束器和强度调制器，所述偏振分束器通过量子信道与所述非等臂干涉仪连接，所述强度调制器两端分别与所述偏振分束器连接。3.根据权利要求1所述的单态半量子密钥分发系统，其特征在于，所述非等臂干涉仪包括第一分束器、第二分束器、短臂子单元和长臂子单元，所述第一分束器连接所述光传输单元，且所述第一分束器分别与所述长臂子单元和所述短臂子单元连接，所述长臂子单元和所述短臂子单元分别与第二分束器连接，所述第二分束器通过量子信道与所述干涉环路连接。4.根据权利要求3所述的单态半量子密钥分发系统，其特征在于，所述长臂子单元包括相连接的第二偏振器和光纤衰减器，所述第二偏振器与所述第一分束器连接，所述光纤衰减器与所述第二分束器连接；所述短臂子单元包括相连接的相位调制器和第一偏振器，所述相位调制器与所述第一分束器连接，所述第一偏振器与所述第二分束器连接。5.根据权利要求1所述的单态半量子密钥分发系统，其特征在于，所述信号光单元包括依次连接的激光器、光隔离器和光衰减器，所述光衰减器与所述光传输单元连接。6.根据权利要求1所述的单态半量子密钥分发系统，其特征在于，所述光传输单元包括光环形器，所述光环形器与所述信...

【专利技术属性】
技术研发人员：王金东，黄钰涛，韩思宇，彭清轩，沈琦琦，魏正军，於亚飞，张智明，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：