【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及技术量子通信和量子机器学习领域，特别涉及一种基于混合量子算法的连续变量量子密钥分发安全方法。
技术介绍
1、连续变量量子密钥分发是一种量子密钥分发协议，是目前广泛研究且成熟的协议之一。其在未来安全通信领域起着非常重要的作用。连续变量量子密钥分发技术允许发送端和接收端通过一个不安全的量子信道传输一个共享密钥，且该密钥无法被第三方窃取和更改。
2、连续变量量子密钥分发技术使用的是连续变量光源，如连续变量振幅振荡器。其通过光学编码，将信息编码在光子的振幅或相位上，然后通过量子信道传输给接收端。接收端通过合适的探测器对接收到的量子信号进行测量解码。连续变量量子密钥分发技术目前在理论上是无条件安全的，但是在实际使用中仍面临着许多量子攻击的影响。为了确保连续变量量子密钥分发系统在传输共享密钥过程中安全可靠，如何高效准确识别各种量子攻击对系统的安全极其重要。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种基于混合量子算法的连续变量量子密钥分发安全方法，以解决连续变量量子密钥分发系统的安全问题。
2、为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：
3、本专利技术提供了一种基于混合量子算法的连续变量量子密钥分发安全方法，包括如下步骤：
4、s1、利用发送端制备光子，使用发送端内的光学元件对量子态的光子进行高斯调制编码，并将编码后的光信号通过量子信道传输给接收端；
5、s2、接收端对接收的光信号进行测量，测量之后的数据通过经典信道传
6、s3、后处理程序模块对接收端输出的数据进行预处理，并将数据拆分成训练集和预测集；利用训练集对后处理程序模块中的混合量子算法模型进行训练，混合量子算法模型首先通过量子特征映射将训练集中的训练数据编码成量子态，然后通过量子核估计方法计算得到核矩阵，最后通过结合一对多的策略实现多类分类训练；
7、s4、利用训练后的混合量子算法模型对预测集中的数据进行预测，并根据预测结果与发送端进行密匙协商，产生最终安全密钥。
8、进一步地，所述s1中的发送端包括第一激光器、第一分束器、第一偏振器、第一调幅器、第一调相器、第二偏振器、第一延迟线以及第一偏振分束器；
9、第一激光器的输出端与第一分束器的输入端连接，第一分束器的输出端有两个，其中一个与第一偏振器的输入端连接，另一个与第二偏振器的输入端连接，第一偏振器的输出端与第一调幅器的输入端连接，第一调幅器的输出端与第一调相器的输入端连接，第二偏振器的输出端与第一延迟线的输入端连接，第一调相器的输出端以及第一延迟线的输出端分别与第一偏振分束器的两个输入端连接，第一偏振分束器的输出端与接收端连接。
10、进一步地，所述s1具体包括如下步骤：
11、s11、首先利用第一激光器制备相干光，并通过第一分束器分成两束光，其中一束光传输到第一偏振器内，另一束光传输到第二偏振器内；
12、s12、其中一束光分别经过第一偏振器的偏振处理、第一调幅器的调幅处理以及第一调相器的调相处理后传输到第一偏振分束器内；
13、另一束光分别经过第二偏振器的偏振处理、第一延迟线的延迟处理后传输到第一偏振分束器内；
14、s13、第一偏振分束器将两束光合并成一束，并通过量子信道发送到接收端。
15、进一步地，所述接收端包括偏振控制器、第二偏振分束器、第二延迟线、第二分束器、第三分束器、第四分束器、第二调幅器、第一零差检测器、第二零差检测器、第五分束器、pin发光二极管、时钟电路、功率计；
16、发送端输出端与偏振控制器的输入端连接，偏振控制器的输出端与第二偏振分束器的输入端连接，第二偏振分束器有两个输出端，其中一个输出端与第二延迟线的输入端连接，另一个输出端与第三分束器的输入端连接，第三分束器有两个输出端，其中一个输出端与第四分束器的输入端连接，另一个输出端与pin发光二极管的输入端连接；第四分束器有两个输出端，其中一个输出端与第二调幅器的输入端连接，另一个输出端与第五分束器的输入端连接，第二调幅器的输出端以及第二延迟线的输出端均与第二分束器连接，第二分束器的输出端与第一零差检测器的输入端连接，第一零差检测器的输出端与后处理程序模块连接；
17、第五分束器的输出端与第二零差检测器的输入端连接，第二零差检测器的输出端与后处理程序模块连接；
18、pin发光二极管有两个输出端，其中一个输出端与时钟电路的输入端连接，另一个输出端与功率计的输入端连接，时钟电路的输出端以及功率计的输出端均与后处理程序模块连接。
19、进一步地，所述s2具体包括如下步骤：
20、s21、发送端输出的光信号通过偏振控制器输入到第二偏振分束器到，第二偏振分束器将光分成两束，其中一束光通过第二延迟线的延迟输送到第二分束器上，另一束光经过第三分束器分束再次形成两束光，其中一束光输送到pin发光二极管，另一束光经过第四分束器分束再次形成两束光，其中一束光经过第二调幅器的调幅处理后与经过第二延迟线延迟处理的光合并，合并后形成一束光并输送到第一零差检测器，通过第一零差检测器的测量值计算光信号的均值和方差，计算完成后输送到后处理程序模块内；
21、s22、第四分束器分束的第二束光进过第五分束器输送到第二零差检测器内，通过第二零差检测器的测量值计算散粒噪声方差，计算完成后输送到后处理程序模块内；
22、s23、输送到pin发光二极管的光，经过pin发光二极管上的两个输出端分别输送到时钟电路、功率计，时钟电路、功率计将输出结果均输送到后处理程序模块内；时钟电路用于生成时钟信号，功率计用于测量本振光强度。
23、进一步地，所述s21中的方差的计算公式具体如下：
24、；
25、其中，是过噪声，是第一零差检测器的探测效率，是发送端的调制方差，是电噪声。
26、进一步地，所述s3具体包括如下步骤：
27、s31、后处理程序模块使用z-score标准化对接收端输出的数据进行预处理，并将预处理后的75%的数据构建训练集，25%的数据构建预测集；
28、s32、利用训练集对后处理程序模块中的混合量子算法模型进行训练，混合量子算法模型首先通过量子特征映射将训练数据编码成量子态，然后通过量子核估计方法计算得到核矩阵，最后通过结合一对多的策略实现多类分类训练；得到训练后的混合量子算法模型；
29、混合量子算法模型包括量子核估计算法和多类支持向量机算法。
30、进一步地，所述s32中的混合量子算法模型具体如下：
31、；
32、其中，是惩罚参数，是i类样本的拉格朗日乘子，是j类样本的拉格朗日乘子；、分别是i类样本和j类样本的标签；、分别表示i类样本和j类样本的特征向量；d表示样本类别；是核矩阵，其中核矩阵采用简写符号表示，且核矩阵具有以下关系式：
33、；
【技术保护点】
1.一种基于混合量子算法的连续变量量子密钥分发安全方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的连续变量量子密钥分发安全方法，其特征在于，所述S1中的发送端包括第一激光器、第一分束器、第一偏振器、第一调幅器、第一调相器、第二偏振器、第一延迟线以及第一偏振分束器；
3.根据权利要求2所述的连续变量量子密钥分发安全方法，其特征在于，所述S1具体包括如下步骤：
4.根据权利要求1所述的连续变量量子密钥分发安全方法，其特征在于，所述接收端包括偏振控制器、第二偏振分束器、第二延迟线、第二分束器、第三分束器、第四分束器、第二调幅器、第一零差检测器、第二零差检测器、第五分束器、PIN发光二极管、时钟电路、功率计；
5.根据权利要求1所述的连续变量量子密钥分发安全方法，其特征在于，所述S2具体包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述的连续变量量子密钥分发安全方法，其特征在于，所述S21中的方差的计算公式具体如下：
7.根据权利要求1所述的连续变量量子密钥分发安全方法，其特征在于，所述S3具体包括如下步骤：
<...【技术特征摘要】
1.一种基于混合量子算法的连续变量量子密钥分发安全方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的连续变量量子密钥分发安全方法，其特征在于，所述s1中的发送端包括第一激光器、第一分束器、第一偏振器、第一调幅器、第一调相器、第二偏振器、第一延迟线以及第一偏振分束器；
3.根据权利要求2所述的连续变量量子密钥分发安全方法，其特征在于，所述s1具体包括如下步骤：
4.根据权利要求1所述的连续变量量子密钥分发安全方法，其特征在于，所述接收端包括偏振控制器、第二偏振分束器、第二延迟线、第二分束器、第三分束器、第四分束器、第二调幅器、第一零差检测器、第二零差检测器、第五分束器、pin发光二极管、时钟电路、功率计；
...【专利技术属性】
技术研发人员：王耀南，丁超，王石，朱青，毛建旭，赵佳文，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。