[发明专利]增强QKD安全的恒定调制

说明书

要求优先权

本申请要求于2004年10月21日提交的第10/970,043号美国专利申请的优先权。

技术领域

本发明涉及量子加密技术领域，并且具有量子加密技术领域的工业实用性，具体地说，本发明涉及以使得进行窃听更困难的方式在量子密钥交换(QKD)系统中操作调制器从而增强系统的安全性的方法，并且具有关于该方法的工业实用性。

背景技术

量子密钥发布包括：在发送者(“Alice”)和接收者(“Bob”)之间通过使用在“量子信道”上发送的弱光信号(即平均0.1光子)或“量子比特(qubit)”来建立密钥。密钥发布的安全性是基于量子力学原理的：在未知状态下量子系统的任何的测量将改变其状态。因而，尝试截取或测量量子比特的窃听者(“Eve”)将引入错误并且显示她的存在。

由Bennett和Brassard在他们的文章“Quantum Cryptography：Public key distribution and coin tossing”，Proceedings of theInternational Conference on Computers，System and SignalProcessing，Bangalore，India，1984，pp.175-179(IEEE，New York，1984)中首次阐述了量子加密的一般原理。Bennett的第5,307,410号美国专利，以及C.H.Bennett的题为“Quantum Cryptography UsingAny Two Non-Orthogonal States”，Phys.Rev.Lett.683121(1992)的文章中描述了具体的QKD系统。

在Bouwmeester等的书籍“The Physics of QuantumInformation”，Springer-Verlag 2001，in section 2.3，page 27-33中描述了执行QKD的一般过程。在QKD过程期间，Alice使用随机数生成器(RNG)来生成用于基准的随机比特(“基准比特”)以及用于密钥的随机比特(“密钥比特”)，以(例如使用偏振或相位编码)创建量子比特，并将该量子比特发送到Bob。

上述Bennett的参考文献都描述了一种所谓的“单向”QKD系统，其中，Alice在系统的一端对单光子的偏振或相位随机地编码，而Bob在系统的另外一端随机地测量光子的偏振或相位。在Bennett于1992年的论文中描述的单向系统是以两个光纤Mach-Zehnder干涉仪为基础的。Alice和Bob都可以接入干涉仪系统的各部分，从而均可以控制干涉仪的相位。在发送期间，为了补偿热漂移，需要将干涉仪活动地稳定在量子信号波长的一部分之内。

Gisin的第6,438,234号美国专利公开了一种所谓的“双向”QKD系统，其采用了自动补偿干涉仪，该自动补偿干涉仪是由德国JoachimMeier博士发明并通过1995(使用德文)“Stabile Interferometrie desnichtlinearen Brechzahl-Koefflzienten von Quarzglasfasern deroptischen Nachrichtentechnik，”Joachim Meier.-Als Ms.gedr..-Düsseldorf：VDI-Verl.，Nr.443，1995(ISBN 3-18-344308-2)发表的。因为Meier干涉仪自动补偿偏振和热变化，所以以其为基础的双向QKD系统通常比单向系统更加不易受环境影响。

在‘243专利的双向QKD系统中，Alice包括光相位调制器和Faraday镜。该相位调制器配备有从一组调制中随机选出的调制。所述调制被定时为与来自Bob的两个光脉冲中的一个的到达相一致。其后，所述脉冲被发送回到Bob，其中所述脉冲中的一个已经被调制。剩下的脉冲信号同样地在Bob处被调制。这些脉冲被干涉，并且得到的干涉脉冲被检测。重复该过程，并且采用通常的QKD协议和程序在Alice和Bob之间建立安全密钥。

必要的是，潜在的窃听者(Eve)不能够辨别Alice的相位调制器的活动。如果窃听者获知Alice的调制器的状态，她将能够推断出所交换的脉冲(量子比特)的值。