[发明专利]在多信道量子通信系统内的相位锁定

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2005年5月17日提交的标题为“Auantum Keydistribution”的美国临时专利申请No.60/681,726的优先权。此申请的主题涉及与本申请相同日期提交的标题为“Multi-ChannelTransmission of Quantum Information”的美国专利申请No.xx/xxx，xxx的主题，其在此全文引用作为参考。

技术领域

本发明涉及光通信设备，更具体地，涉及用于使用量子密码术传输加密数据的设备。

背景技术

通常使用密码术以增强的保密性或者甚至完美的保密性在两个或更多节点(用户、站)之间交换消息。典型的加密方法使用公开宣布的加密/解密算法，通过结合该算法使用的秘密密钥提供所传输信息的机密性。通常，秘密密钥是随机选择的，仅发送和接收方已知的足够长的比特序列。例如，在对称加密方案中，发送站使用秘密密钥加密信息和将加密数据在公共信道上发送给接收站。接收站随后使用相同密钥解密该加密和恢复原始信息。

密钥越长则系统越安全，这是众所周知的。例如，一种广泛使用的加密系统-数据加密标准(DES)具有56比特的密钥长度。除了尝试2⁵⁶种可能密钥值以破解DES外，没有更为有效的方法。然而，如果窃听者具有强大的计算能力，依然可以破解DES。因此，为了实现更高的安全性，可以使用单次片(one-time pad)(即与发送消息一样长的密钥)。尽管使用单次片的通信系统相对于基于绝对计算能力的攻击在理论上是安全的，但是这样一种系统必需处理所谓的密钥分配问题，即安全地将密钥提供给发送/接收站的问题。

使用常规的(典型的)密钥传输方法，其可能被窃听者被动监视，较难发送可确认的秘密密钥，和通常需要麻烦的物理安全措施。然而，使用量子技术可以实现秘密密钥分配。更具体地，在量子加密术中，通过特定量子信道发送秘密密钥，所述量子信道的安全性基于量子力学原理。更具体地，适当选择的量子系统的任意测量不可避免地修改系统的量子状态，这是众所周知的。因此，当窃听者试图通过执行测量从量子信道获取信息时，合法用户可以检测到已经执行测量的事实，其因此将丢弃所有危及安全的密钥。

实际上，可以使用下述方法建立量子信道，例如(i)通过光纤传播的单光子序列，用光子的极化或相位编码的密钥比特，或者(ii)相干光脉冲序列，分别包含少量(例如低于几百个)光子，用表征每个脉冲的选定变量的正交值编码密钥比特。在2002年Reviews ofModern Physics内公开的第74卷第145-195页N.Gisin、G.Ribordy、W.Tittel和H.Zbinden的标题为“Quantum Cryptography”的评论文章内可以发现建立和使用典型量子信道的更多细节，其教导在此引用作为参考。

尽管在开发用于量子信道的设备中已经取得一些成果，但是该设备依然未达到性能目标，例如在量子密钥分配(QKD)速率和传输距离上。例如，当前可商用的QKD系统提供在长度约25公里的单模光纤上大约1.5kb/s的QKD速率。为了比较，代表性的经典通信系统在长度约1000公里的光纤上提供大约10Gb/s的数据传输速率。假定QKD和经典系统的这些参数，可以发现需要在QKD速率和/或传输距离上的显著改进。

发明内容