一种基于优势提取的相位匹配量子密钥分发方法技术

本发明专利技术公开了一种基于优势提取的相位匹配量子密钥分发方法，包括：通信方

【技术实现步骤摘要】
一种基于优势提取的相位匹配量子密钥分发方法


[0001]本专利技术涉及一种基于优势提取的相位匹配量子密钥分发方法，属于量子通信

。

技术介绍

[0002]量子密钥分发
(QKD)
可以保证合法通信双方
Alice
和
Bob
即使在存在窃听者
Eve
的情况下，仍然可以分发无条件安全的密钥
。
在过去的几十年里，
QKD
在理论和实验方面都发展迅速，不断有性能优越的新协议出现
。
然而这些协议的成码率和信道透过率之间的关系都是
R
～
O(
η
)
，该关系被认为是无量子中继的
QKD
协议的线性上界
。
[0003]2018
年东芝欧洲研究所的
Lucamarini
等人提出双场量子密钥分发
(TF
‑
QKD)
协议，打破了
R
～
O(
η
)
的线性上界，该协议的成码率和信道透过率的关系是受原始
TF
‑
QKD
协议启发，各种变体
TF
‑
QKD
协议随后被提出，其中一些协议已经在实验中被验证
。
在这些变体协议中，相位匹配量子密钥分发
(PM
‑
QKD)
协议在本底误码率较大时仍然可以打破线性上界
。
王瑞强等人在文献
[New Journal of Physics 24(7),073049(2022)]中提出使用优势提取
(AD)
技术来提高
PM
‑
QKD
性能，但其仅考虑了在渐进情况下使用无穷诱骗态时的表现
。
在实际
PM
‑
QKD
系统中，发送的弱相干态脉冲数量是有限的，由此产生的有限码长效应无法忽略
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于优势提取的相位匹配量子密钥分发方法，解决有限码长效应导致
PM
‑
QKD
性能仍不理想的技术问题
。
[0005]为达到上述目的，本专利技术是采用下述技术方案实现的：
[0006]本专利技术提供了一种基于优势提取的相位匹配量子密钥分发方法，包括：
[0007]通信方
Alice
和
Bob
分别制备相干态脉冲，并发送至通信方
Eve
；
[0008]响应于接收到所述相干态脉冲，所述通信方
Eve
对所述相干态脉冲进行干涉测量，记录测量结果并公布；
[0009]响应于接收到所述测量结果，所述通信方
Alice
和
Bob
获取成功事件，并保留满足第一预设条件的所述成功事件；
[0010]重复以上步骤
N
次，获取各满足第一预设条件的所述成功事件，并进行密钥筛选获取原始密钥；
[0011]响应于获取到所述原始密钥，所述通信方
Alice
和
Bob
分别估计出所述相干态脉冲的信道增益和
Z
基下的误码率；
[0012]响应于所述误码率小于等于相应的预设阈值，对于各满足第二预设条件的所述成功事件，所述通信方
Alice
和
Bob
对所述原始密钥进行优势提取，更新原始密钥；
[0013]所述通信方
Alice
和
Bob
对所述原始密钥执行密钥纠错和保密放大，获取最终共享的安全密钥
。
[0014]可选的，所述通信方
Alice
和
Bob
分别制备相干态脉冲包括：
[0015]通信方
Alice
和
Bob
分别从编码比特
{0,1}
中随机挑选一元素作为发送比特，记作
k
a
,k
b
；
[0016]通信方
Alice
和
Bob
分别从光强中随机挑选一元素作为光脉冲强度，记作
μ
a
,
μ
b
，其中，
μ
、v、o
分别为信号态信号
、
诱骗态信号
、
保留真空态信号的光脉冲强度，满足
μ
>v>o
＝0；
[0017]通信方
Alice
和
Bob
分别从相位集合中随机挑选一元素作为脉冲相位，记作其中，
M
为相位分片数，
j
a
、j
b
为随机数，
j
a
、j
b
∈[0,M
‑
1]；
[0018]通信方
Alice
和
Bob
分别根据发送比特
k
a
,k
b
、
光脉冲强度
μ
a
,
μ
b
、
脉冲相位制备相干态脉冲：其中，
i
为虚数单位
。
[0019]可选的，所述成功事件为所述通信方
Eve
的
L
探测器和
R
探测器有且仅有一个响应
。
[0020]可选的，所述保留满足第一预设条件的所述成功事件包括：
[0021]对于所述成功事件，所述通信方
Alice
和
Bob
彼此公布各自的脉冲强度
μ
a
，
μ
b
和脉冲相位
[0022]当满足第一预设条件，则保留相应的所述成功事件；所述第一预设条件为
μ
a
＝
μ
b
且
j
a
＝
j
b
或
j
a
＝
j
b
±
M/2。
[0023]可选的，所述进行密钥筛选获取原始密钥包括：
[0024]所述通信方
Alice
和
Bob
将发送比特
k
a
，
k
b
作为原始密钥
key
a
，
key
b
；
[0025]若所述通信方
Eve
的
R本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于优势提取的相位匹配量子密钥分发方法，其特征在于，包括：通信方
Alice
和
Bob
分别制备相干态脉冲，并发送至通信方
Eve
；响应于接收到所述相干态脉冲，所述通信方
Eve
对所述相干态脉冲进行干涉测量，记录测量结果并公布；响应于接收到所述测量结果，所述通信方
Alice
和
Bob
获取成功事件，并保留满足第一预设条件的所述成功事件；重复以上步骤
N
次，获取各满足第一预设条件的所述成功事件，并进行密钥筛选获取原始密钥；响应于获取到所述原始密钥，所述通信方
Alice
和
Bob
分别估计出所述相干态脉冲的信道增益和
Z
基下的误码率；响应于所述误码率小于等于相应的预设阈值，对于各满足第二预设条件的所述成功事件，所述通信方
Alice
和
Bob
对所述原始密钥进行优势提取，更新原始密钥；所述通信方
Alice
和
Bob
对所述原始密钥执行密钥纠错和保密放大，获取最终共享的安全密钥
。2.
根据权利要求1所述的基于优势提取的相位匹配量子密钥分发方法，其特征在于，所述通信方
Alice
和
Bob
分别制备相干态脉冲包括：通信方
Alice
和
Bob
分别从编码比特
{0,1}
中随机挑选一元素作为发送比特，记作
k
a
,k
b
；通信方
Alice
和
Bob
分别从光强中随机挑选一元素作为光脉冲强度，记作
μ
a
,
μ
b
，其中，
μ
、v、o
分别为信号态信号
、
诱骗态信号
、
保留真空态信号的光脉冲强度，满足
μ
>v>o
＝0；通信方
Alice
和
Bob
分别从相位集合中随机挑选一元素作为脉冲相位，记作其中，
M
为相位分片数，
j
a
、j
b
为随机数，
j
a
、j
b
∈[0,M
‑
1]
；通信方
Alice
和
Bob
分别根据发送比特
k
a
,k
b
、
光脉冲强度
μ
a
,
μ
b
、
脉冲相位制备相干态脉冲：其中，
i
为虚数单位
。3.
根据权利要求1所述的基于优势提取的相位匹配量子密钥分发方法，其特征在于，所述成功事件为所述通信方
Eve
的
L
探测器和
R
探测器有且仅有一个响应
。4.
根据权利要求2所述的基于优势提取的相位匹配量子密钥分发方法，其特征在于，所述保留满足第一预设条件的所述成功事件包括：对于所述成功事件，所述通信方
Alice
和
Bob
彼此公布各自的脉冲强度
μ
a
,
μ
b
和脉冲相位当满足第一预设条件，则保留相应的所述成功事件；所述第一预设条件为
μ
a
＝
μ
b
且
j
a
＝
j
b
或
j
a
＝
j
b
±
M/2。5.
根据权利要求4所述的基于优势提取的相位匹配量子密钥分发方法，其特征在于，所述进行密钥筛选获取原始密钥包括：所述通信方
Alice
和
Bob
将发送比特
k
a
,k
b
作为原始密钥
key
a
,key
b
；
若所述通信方
Eve
的
R
探测器响应，则所述通信方
Bob
将所述原始密钥
key
b
进行比特翻转；所述通信方
Alice
和
Bob
将所述原始密钥
key
a
,key
b
按照
j
s
＝
j<...

【专利技术属性】
技术研发人员：张春梅，王哲，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：