一种基于连续变量测量设备无关量子密钥分发中非理想Bell探测的码率分析方法技术

本发明专利技术提出了一种基于连续变量测量设备无关量子密钥分发中非理想Bell探测的码率分析方法。实现该方法的系统主要包括Alice端和Bob端的连续激光源，脉冲调制模块，高斯调制模块，光衰减器，偏振复用模块。Charlie端的偏振解复用模块，光准直器，平衡零差探测器。该方法的步骤为：步骤1：Alice端，Bob端制备高斯相干态；步骤2：Charlie端进行Bell测量；步骤3：测量数据的散粒噪声归一化；步骤4：测量数据的相位补偿；步骤5：测量角度误差估计；步骤6：测量角度误差补偿。步骤7：计算生成安全密钥。实际应用中，由于相位调制器的非理想性，会导致Charlie端的非理想Bell探测，导致系统码率降低。本发明专利技术可以补偿测量时的角度误差，实现理想的Bell探测，提高系统的安全码率。提高系统的安全码率。提高系统的安全码率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于连续变量测量设备无关量子密钥分发中非理想Bell探测的码率分析方法


[0001]本专利技术涉及量子保密通信领域，具体的，涉及一种基于连续变量测量设备无关量子密钥分发中非理想Bell探测的码率分析方法。

技术介绍

[0002]在人类历史发展中，信息扮演者重要角色，到了21世纪的今天，更是信息大爆炸时代，保证信息的安全变得尤为重要，传统的加密方式，如RSA等手段，随着量子计算机的出现，使得这些加密方式面临着被破解的风险。为了解决这种潜在的风险，人们基于量子不可克隆定理和测不准原理，提出了量子密钥分发(QKD)这一加密方法，其具有理论上的绝对安全性。QKD包括离散变量量子密钥分发(DV
‑
QKD)和连续变量量子密钥分发(CV
‑
QKD)，其中，CV
‑
QKD由于其设备简单，价格便宜，并于现有的通信系统兼容性强，得到了广泛关注。
[0003]虽然CV
‑
QKD具有理论上的绝对安全行，但是在实际应用中，由于器件不完美等诸多因素，会导致与理论模型不符，导致出现安全性问题，例如，针对探测器不完美提出的饱和攻击等。针对这种情况，人们提出了连续变量测量设备无关量子密钥分发(CV
‑
MDI QKD)，该方法通过在通信双方间引入不可信的第三方Charlie，通过Bell测量，有效的消除了针对测量装置的侧信道攻击。
[0004]近年来，CV
‑
MDI QKD方案的研究取得了显著的进步，在空间和光纤中的相干态CV
‑
MDI QKD都进行了理论研究，并得到了实验验证。
[0005]在相干态CV
‑
MDI QKD中，Alice和Bob端的信号在Charlie端Bell探测，其中P分量的探测，由于相位调制器的非理想性，使得不能准确的旋转90
°
的相位，这就在测量中引入了测量角度误差，导致了非理想的Bell探测，这会令系统的码率下降，所以对测量角度误差的补偿和码率分析十分重要。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是为了解决在连续变量测量设备无关量子密钥分发系统中，针对Bell探测时相位调制器的不完美，导致的非理想Bell问题，而提出的一种基于连续变量测量设备无关量子密钥分发中非理想Bell探测的码率分析方法，该方法提高了系统的安全码率。
[0007]一种基于连续变量测量设备无关量子密钥分发中非理想Bell探测的码率分析方法实现的系统如下：
[0008]Alice端由第一连续激光源，第一脉冲调制模块，光分束器1，第一高斯调制模块，第一延迟模块，光衰减器1，第一偏振复用模块组成。
[0009]在Alice端，第一连续激光源产生连续的相干光，相干光经过第一脉冲调制模块后，相干光变为具有一定重复频率，占空比的脉冲光，此脉冲光由光分束器1分为量子信号脉冲光和参考信号脉冲光，其中参考信号脉冲光直接进入第一偏振复用器，而量子信号脉
冲光则再经过第一高斯调制模块将密钥信息调制在量子信号脉冲光上，接着通过光衰减器1将量子信号脉冲光衰减到所需调制方差的水平，再通过第一延迟模块实现量子信号脉冲光与参考信号脉冲光在时域上的复用，最后进入第一偏振复用器，将参考信号脉冲光和量子信号脉冲光的偏振复用，并一起传输到量子信道1中。
[0010]Bob端由第二连续激光源，第二脉冲调制模块，光分束器2，第二高斯调制模块，第二延迟模块，光衰减器2，第二偏振复用模块组成。
[0011]在Bob端，第二连续激光源产生连续的相干光，相干光经过第二脉冲调制模块后，相干光变为具有一定重复频率，占空比的脉冲光，此脉冲光由光分束器2分为量子信号脉冲光和本振脉冲光，其中本振信号脉冲光直接进入第二偏振复用器，而量子信号脉冲光则再经过第二高斯调制模块将密钥信息调制在量子信号脉冲光上，接着通过光衰减器2将量子信号脉冲光衰减到所需调制方差的水平，再通过第二延迟模块实现量子信号脉冲光与本振脉冲光在时域上的复用，最后进入第二偏振复用器，将本振脉冲光和量子信号脉冲光的偏振复用，并一起传输到量子信道2中。
[0012]Charlie端由第一偏振解复用模块，第三延迟模块，光分束器，第二偏振解复用模块，第四延迟模块，光准直器，平衡零差探测器。
[0013]在Charlie端，通过量子信道1传输的脉冲光被第一偏振解复用模块解复用为参考信号脉冲光，量子信号脉冲光，其中，参考信号脉冲光经过第三延迟模块，实现光路上的配平，通过光分束器7后，等分的进入光分束器10，光分束器11中，信号脉冲光则通过光准直器2耦合到空间中，进入光分束器5中。通过量子信道2传输的脉冲光被第二偏振解复用模块解复用为本振脉冲光，量子信号脉冲光，其中，本振脉冲光经过第四延迟模块配平光路，再通过光分束器3分为两束，一份本振脉冲光通过光分束器6分为两束，一份通过相位调制器2与另一束进入光分束器10，11中与参考信号脉冲光干涉进入平衡零差探测器3，4探测。另一份本振脉冲光则通过光分束器4分为两束光，并均通过光准直器3，光准直器4，一束通过相位调制器1并于另一束进入到光分束器8，9中，信号脉冲光通过光准直器1耦合到空间中，进入到分束器5中与另一束信号光干涉，在与光准直器3，4中的本振光干涉进入到平衡零差探测器1，2中探测。
[0014]优选的，上述系统中的平衡零差探测器探3，4测所得数据用于相位补偿。
[0015]优选的，上述系统中的平衡零差探测器探1，2测所测数据用于后续的测量角度误差估计和补偿，产生密钥。
[0016]本专利技术提供的一种基于连续变量测量设备无关量子密钥分发中非理想Bell探测的码率分析方法的步骤如下：
[0017]步骤1：经过平衡零差探测模块1，2，完成Bell探测，获得两组数据(x
i
,p
i
)，i＝1,2,3...。
[0018]步骤2：经过平衡零差探测模块3，4，完成外差相干探测，获得两组数据(x
j
,p
j
)，j＝1,2,3...。
[0019]步骤3：将数据(x
i
,p
i
)，(x
j
,p
j
)数据散粒噪声归一化，得到数据(x
’
i
,p
’
i
)，(x
’
j
,p
’
j
)
[0020]步骤4：根据步骤三中获得的数据(x
’
i
,p
’
i
)，对数据(x
’
j
,p
’
j
)进行相位补偿，得到新的两组数据(x
k
,p
k
)，k＝1,2,3...。
[0021]步骤5：根据步骤四中获得新数据(x
k
,p
k
)，进行测量角度误差本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于连续变量测量设备无关量子密钥分发中非理想Bell探测的码率分析方法，其特征在于，实现该方法的系统包括Alice端，Bob端，Charlie端，其中：Alice端由第一连续激光源，第一脉冲调制模块，光分束器1，第一高斯调制模块，第一延迟模块，光衰减器1，第一偏振复用模块组成。在Alice端，第一连续激光源产生连续的相干光，相干光经过第一脉冲调制模块后，相干光变为具有一定重复频率，占空比的脉冲光，此脉冲光由光分束器1分为量子信号脉冲光和参考信号脉冲光，其中参考信号脉冲光直接进入第一偏振复用器，而量子信号脉冲光则再经过第一高斯调制模块将密钥信息调制在量子信号脉冲光上，接着通过光衰减器1将量子信号脉冲光衰减到所需调制方差的水平，再通过第一延迟模块实现量子信号脉冲光与参考信号脉冲光在时域上的复用，最后进入第一偏振复用器，将参考信号脉冲光和量子信号脉冲光的偏振复用，并一起传输到量子信道1中。Bob端由第二连续激光源，第二脉冲调制模块，光分束器2，第二高斯调制模块，第二延迟模块，光衰减器2，第二偏振复用模块组成。在Bob端，第二连续激光源产生连续的相干光，相干光经过第二脉冲调制模块后，相干光变为具有一定重复频率，占空比的脉冲光，此脉冲光由光分束器2分为量子信号脉冲光和本振脉冲光，其中本振信号脉冲光直接进入第二偏振复用器，而量子信号脉冲光则再经过第二高斯调制模块将密钥信息调制在量子信号脉冲光上，接着通过光衰减器2将量子信号脉冲光衰减到所需调制方差的水平，再通过第二延迟模块实现量子信号脉冲光与本振脉冲光在时域上的复用，最后进入第二偏振复用器，将本振脉冲光和量子信号脉冲光的偏振复用，并一起传输到量子信道2中。Charlie端由第一偏振解复用模块，第三延迟模块，光分束器，第二偏振解复用模块，第四延迟模块，光准直器，平衡零差探测器。在Charlie端，通过量子信道1传输的脉冲光被第一偏振解复用模块解复用为参考信号脉冲光，量子信号脉冲光，其中，参考信号脉冲光经过第三延迟模块，实现光路上的配平，通过光分束器7后，等分的进入光分束器10，光分束器11中，信号脉冲光则通过光准直器2耦合到空间中，进入光分束器5中，通过量子信道2传输的脉冲光被第二偏振解复用模块解复用为本振脉冲光，量子信号脉冲光，其中，本振脉冲光经过第四延迟模块配平光路，再通过光分束器3分为两束，一份本振脉冲光通过光分束器6分为两束，一份通过相位调制器2与另一束进入光分束器10，11中与参考信号脉冲光干涉进入平衡零差探测器3，4探测，另一份本振脉冲光则通过光分束器4分为两束光，并均通过光准直器3，光准直器4，一束通过相位调制器1并于另一束进入到光分束器8，9中，信号脉冲光通过光准直器1耦合到空间中，进入到分束器5中与另一束信号光干涉，在与光准直器3，4中的本振光干涉进入到平衡零差探测器1，2中探测。2.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：王翔宇，陈子扬，李正华，喻松，郭弘，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：