量子密钥分发方法及系统、量子测量方法及设备技术方案

本申请提供一种量子密钥分发方法，包括：在本轮量子检测中，第一通信端和第二通信端采用相同的量子相关光光源，分别产生第一相干光脉冲和第二相干光脉冲；单光子源产生第一、第二单光子脉冲；使用第一测量模块对第一单光子脉冲和第一相干态脉冲进行测量，得到第一测量结果；使用第二测量模块对第二单光子脉冲和第二相干态脉冲进行测量，得到第二测量结果；第一通信端和第二通信端，基于多轮量子检测各自得到的第一、第二测量结果执行后处理，分别生成第一量子密钥和第二量子密钥。根据本申请提供的方案，可以基于现有的光学通信设备，实现更长的通信距离或更高成码速率的量子密钥分发。发。发。

【技术实现步骤摘要】
量子密钥分发方法及系统、量子测量方法及设备


[0001]本申请涉及量子通信
，尤其涉及量子密钥分发方法及系统、量子测量方法及设备。

技术介绍

[0002]量子密钥分发(quantum key distribution，QKD)技术基于量子力学原理，是目前唯一可以提供信息论安全的密钥的技术。它在各种保障高安全性的通信环境中有着广泛的应用，比如实用密码学、信息安全、国防等领域。
[0003]然而，由于目前实用化的量子中继器和量子存储仍然无法实现，导致量子密钥分发的通信距离和成码速率严重受限于信道传输信息的通过率。例如，在光纤通信中，信道通过率随着通信距离的增加而呈指数型衰减，导致长距离通信时的成码速率非常低。同时，由于探测器暗计数的影响，当通信距离超过500公里时，通信错误率会显著上升，使得上千公里的量子密钥分发难以实现。
[0004]因此，需要基于现有的光学通信设备，提出支持更长通信距离或更高成码速率的量子密钥分发方法。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本申请提出量子密钥分发方法及系统、量子测量方法及设备，能提支持更长通信距离或更高成码速率。
[0006]第一方面，本申请提供一种量子密钥分发方法，该方法包括：在本轮量子检测中，第一通信端和第二通信端采用相同的量子相关光光源，分别产生第一相干光脉冲和第二相干光脉冲；单光子源产生第一、第二单光子脉冲；使用第一测量模块对第一单光子脉冲和第一相干态脉冲进行测量，得到第一测量结果；使用第二测量模块对第二单光子脉冲和第二相干态脉冲进行测量，得到第二测量结果；第一通信端和第二通信端，基于多轮量子检测各自得到的第一、第二测量结果执行后处理，分别生成第一量子密钥和第二量子密钥。
[0007]由此，本申请基于现有的光学通信设备，引入单光子源联系通信双方的编码信息，将通信双方的信道分为两段，减少每段信道的长度，降低由于信道太长导致的信道传输信息通过率过低所带来的影响，从而增加了量子密钥分发的通信距离。另外，通过对每段信道上传输的信息分别进行测量，以及根据每段信道的测量结果共同辅助通信双方生成量子密钥，又能减少单方测量设备产生错误结果的影响，进一步提高量子密钥的成码率。在此基础上，还能有效实现通信双方编码信息的传输。
[0008]在一种可能的实现方式中，第一通信端、第二通信端、单光子源各自通过传输介质构成的传输链路连接至第一和第二测量模块，单光子源在传输链路中的部署位置，至少根据第一、第二通信端的设备指标，单光子源的效率参数，以及传输链路的信号传输性能确定。
[0009]在一种可能的实现方式中，第一、第二单光子脉冲是频率相同、幅值相关、方向不
同的单光子脉冲。
[0010]在一种可能的实现方式中，第一测量模块包括第一分束器，第一单光子探测器，第二单光子探测器；使用第一测量模块对第一单光子脉冲和第一相干态脉冲进行测量，包括：使用第一分束器对第一单光子脉冲和第一相干态脉冲进行干涉，得到第一、第二干涉信号；使用第一、第二单光子探测器分别对第一、第二干涉信号进行测量，得到第一响应结果和第二响应结果；第一测量结果包括第一响应结果和第二响应结果。
[0011]在一种可能的实现方式中，第二测量模块包括第二分束器，第三单光子探测器，第四单光子探测器；使用第二测量模块对对第二单光子脉冲和第二相干态脉冲进行测量，包括：使用第二分束器对第二单光子脉冲和第二相干态脉冲进行干涉，得到第三、第四干涉信号；使用第三、第四单光子探测器分别对第三、第四干涉信号进行测量，得到第三响应结果和第四响应结果；第二测量结果包括第三响应结果和第四响应结果。
[0012]在一种可能的实现方式中，后处理包括，剔除目标轮次的结果，在目标轮次中，第一和第二测量结果中，至少一个测量结果的全部响应结果为无响应。
[0013]在一种可能的实现方式中，第一相干光脉冲具有第一相位、第一原始密钥位；第二相干光脉冲具有第二相位、第二原始密钥位；后处理包括：第一通信端基于第一、第二相位确定第一相位差；第一通信端基于第一、第二测量结果，以及第一相位差对第一原始密钥位进行选择性翻转，得到第一密钥位；或者第二通信端基于第一、第二相位确定第一相位差；第二通信端基于第一、第二测量结果，以及第一相位差对第二原始密钥位进行选择性翻转，得到第二密钥位。
[0014]在一种可能的实现方式中，第一相干光脉冲具有第一光强，第二相干光脉冲具有第二光强；后处理还包括：第一通信端基于多轮量子检测中每轮次产生的第一密钥位，以及对应轮次的第一光强生成第一量子密钥；第二通信端基于多轮量子检测中每轮次产生的第二原始密钥位，以及对应轮次的第二光强生成第二量子密钥；或者第一通信端基于多轮量子检测中每轮次产生的第一原始密钥位，以及对应轮次的第一光强生成第一量子密钥；第二通信端基于多轮量子检测中每轮次产生的第二密钥位，以及对应轮次的第二光强生成第二量子密钥。
[0015]在一种可能的实现方式中，在本轮量子检测之前，还包括：按照预设的时间间隔，对第一、第二通信端、单光子源进行时钟校准；以及对第一、第二通信端进行相位校准。
[0016]在一种可能的实现方式中，传输介质能够传输光脉冲信号。
[0017]第二方面，本申请提供一种量子测量方法，应用于测量设备，测量设备包括第一、第二测量模块和单光子源，方法包括：在本轮量子检测中，单光子源产生第一、第二单光子脉冲；第一测量模块接收第一相干光脉冲和第一单光子脉冲；第二测量模块接收第二相干光脉冲和第二单光子脉冲；第一、第二相干光脉冲分别由第一、第二通信端采用相同的量子相关光光源产生；第一测量模块对第一相干光脉冲和第一单光子脉冲进行测量，得到第一测量结果；第二测量模块对第二相干光脉冲和第二单光子脉冲进行测量，得到第二测量结果；第一和第二测量结果用于在第一通信端生成第一量子密钥，以及在第二通信端生成第二量子密钥。
[0018]在一种可能的实现方式中，第一测量模块包括第一分束器，第一单光子探测器，第二单光子探测器；第二测量模块包括第二分束器，第三单光子探测器，第四单光子探测器；
第一测量模块对第一相干光脉冲和第一单光子脉冲进行测量，包括：第一分束器接收第一相干光脉冲，第一单光子脉冲，并对第一单光子脉冲和第一相干态脉冲进行干涉，得到第一、第二干涉信号；第一、第二单光子探测器分别对第一、第二干涉信号进行测量，得到第一响应结果和第二响应结果；第一测量结果包括第一响应结果和第二响应结果；以及第二测量模块对第二相干光脉冲和第二单光子脉冲进行测量，包括：第二分束器接收第二相干光脉冲，第二单光子脉冲，并对第二单光子脉冲和第二相干态脉冲进行干涉，得到第三、第四干涉信号；第三、第四单光子探测器分别对第三、第四干涉信号进行测量，得到第三响应结果和第四响应结果；第二测量结果包括第三响应结果和第四响应结果。
[0019]第三方面，本申请提供一种量子密钥分发系统，系统包括第一通信端、第二通信端、单光子源、第一测量模块和第二测量模块；单光子源通过传输介质构成的第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种量子密钥分发方法，其特征在于，所述方法包括：在本轮量子检测中，第一通信端和第二通信端采用相同的量子相关光光源，分别产生第一相干光脉冲和第二相干光脉冲；单光子源产生第一、第二单光子脉冲；使用第一测量模块对所述第一单光子脉冲和所述第一相干态脉冲进行测量，得到第一测量结果；使用第二测量模块对所述第二单光子脉冲和所述第二相干态脉冲进行测量，得到第二测量结果；所述第一通信端和第二通信端，基于多轮量子检测各自得到的所述第一、第二测量结果执行后处理，分别生成第一量子密钥和第二量子密钥。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一通信端、第二通信端、所述单光子源各自通过传输介质构成的传输链路连接至所述第一和第二测量模块，所述单光子源在所述传输链路中的部署位置，至少根据所述第一、第二通信端的设备指标，所述单光子源的效率参数，以及所述传输链路的信号传输性能确定。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一、第二单光子脉冲是频率相同、幅值相关、方向不同的单光子脉冲。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一测量模块包括第一分束器，第一单光子探测器，第二单光子探测器；所述使用第一测量模块对所述第一单光子脉冲和所述第一相干态脉冲进行测量，包括：使用所述第一分束器对所述第一单光子脉冲和所述第一相干态脉冲进行干涉，得到第一、第二干涉信号；使用所述第一、第二单光子探测器分别对所述第一、第二干涉信号进行测量，得到第一响应结果和第二响应结果；所述第一测量结果包括所述第一响应结果和第二响应结果。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二测量模块包括第二分束器，第三单光子探测器，第四单光子探测器；所述使用第二测量模块对对所述第二单光子脉冲和所述第二相干态脉冲进行测量，包括：使用所述第二分束器对所述第二单光子脉冲和所述第二相干态脉冲进行干涉，得到第三、第四干涉信号；使用所述第三、第四单光子探测器分别对所述第三、第四干涉信号进行测量，得到第三响应结果和第四响应结果；所述第二测量结果包括所述第三响应结果和第四响应结果。6.根据权利要求4或5所述的方法，所述后处理包括，剔除目标轮次的结果，在所述目标轮次中，所述第一和第二测量结果中，至少一个测量结果的全部响应结果为无响应。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一相干光脉冲具有第一相位、第一原始密钥位；所述第二相干光脉冲具有第二相位、第二原始密钥位；所述后处理包括：所述第一通信端基于所述第一、第二相位确定第一相位差；所述第一通信端基于所述第一、第二测量结果，以及所述第一相位差对所述第一原始密钥位进行选择性翻转，得到第一密钥位；或者所述第二通信端基于所述第一、第二相位确定第一相位差；
所述第二通信端基于所述第一、第二测量结果，以及所述第一相位差对所述第二原始密钥位进行选择性翻转，得到第二密钥位。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一相干光脉冲具有第一光强，所述第二相干光脉冲具有第二光强；所述后处理还包括：所述第一通信端基于所述多轮量子检测中每轮次产生的第一密钥位，以及对应轮次的第一光强生成所述第一量子密钥；所述第二通信端基于所述多轮量子检测中每轮次产生的第二原始密钥位，以及对应轮次的第二光强生成所述第二量子密钥；或者所述第一通信端基于所述多轮量子检测中每轮次产生的第一原始密钥位，以及对应轮次的第一光强生成所述第一量子密钥；所述第二通信端基于所述多轮量子检测中每轮次产生的第二密钥位，以及对应轮次的第二光强生成所述第二量子密钥。9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述本轮量子检测之前，还包括：按照预设的时间间隔，对第一、第二通信端、单光子源进行时钟校准；以及对第一、第二通信端进行相位校准。10.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述传输介质能够传输光脉冲信号。11.一种量子测量方法，应用于测量设备，所述测量设备包括第一、第二测量模块和单光子源，所述方法包括：在本轮量子检测中，所述单光子源产生第一、第二单光子脉冲；所述第一测量模块接收第一相干光脉冲和第一单光子脉冲；所述第二测量模块接收第二相干光脉冲和第二单光子脉冲；所述第一、第二相干光脉冲分别由第一、第二通信端采用相同的量子相关光光源产生；所述第一测量模块对所述第一相干光脉冲和所述第一单光子脉冲进行测量，得到第一测量结果；所述第二测量模块对所...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄蕾蕾，
申请(专利权)人：正则量子北京技术有限公司，
类型：发明
国别省市：