[发明专利]连续变量量子密钥分发系统的偏振补偿实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种量子密码通信领域的技术，具体地说，是一种连续变量量子密钥分发系统的偏振补偿实现方法。

背景技术

随着经济的发展和科学的进步，信息化、数字化进程不断加快，信息传递和互换越来越频繁，因此对信息传达过程的安全性和可靠性有越来越高的要求。如何安全地传递信息已经成为现代通信领域的重要问题。应用密码学由此应运而生，尤其在第二次世界大战中的广泛使用，更加体现出了密码学的重要性。到目前为止，密码学在政治、军事、经济、文化等社会生活的各个方面都起着重要的作用。

经典密码通信可以分为两大类：非对称密码系统和对称密码系统。非对称密码系统又称为公开密钥系统，如现在广为采用的RSA算法。接收方先选择一组只有他知道的专用密钥，依次计算出相应的公开密钥，再将公开密钥分给所以人用来加密信息。非对称密码系统的安全性依赖于计算的复杂度。一旦量子计算机研制出世，计算的速度将会极大提升，破解非对称密码系统的难度将会显著降低；对称密码系统又称为专用密钥系统，如公认绝对安全的一次一密包（One-Time-Pad），发送方与接收方拥有相同的密钥。密钥只用一次，并且密钥长度不小于信息长度。这样安全性就得到了保证，代价是降低了密码的使用效率。

量子密码通信与经典密码通信不同，其安全性基于量子物理的基本特性而非计算的复杂性。它不是单纯利用计算复杂性使窃听者在有限时间内不能破译密码，而是利用量子力学的基本原理和特性来发现是否有窃听者存在，以此确立合法通信者与窃听者之间对比出的信息优势，从而确保通信的安全。因此，在量子计算不断发展的今天，研究并实现量子密码技术是非常必要的。

经过这二十几年的发展，量子密码通信已从理论研究逐步走向实际应用。根据实现方式的不同，主要分为离散变量量子密钥分发系统和连续变量量子密钥分发系统。其中离散变量量子密钥分发通过单光子的方式来实现。由于现在还无法使用理想的单光子源，因此主要是通过将相干光进行衰减，使得每个脉冲的平均光子数小于1。激光源的光子数服从泊松分布，除了含有单光子脉冲之外还含有多光子脉冲。这些多光子脉冲被窃听之后不会被察觉，从而影响密码系统的安全性。使用诱骗态（Decoy State）可以很大程度上解决这个问题，但是增加了实际系统的复杂程度。

连续变量量子密码起步比离散变量要晚一些，直到1999年Ralph首先提出利用连续变量进行量子密钥分发的概念。与离散变量不同，连续变量将信息编码在连续的正则分量上（如正则位置X和正则动量P），在每个比特上能够比离散变量编码更多的信息。采用的光源可以是相干态、压缩态或者纠缠态。考虑到实验上的方便，一般都采用相干激光作为光源。连续变量量子密钥分发采用Homodyne检测器作为量子检测器，与离散变量相比，具有成本上的优势。因此连续变量量子密钥分发有着很好的实用化发展前景。

目前，连续变量量子密钥分发系统均采用的双不等臂干涉结构。此种结构很容易受到各种因素的影响。这些因素包括但不限于：

1.温度变化：铌酸锂材质的电光调制器本身对于温度的变化比较敏感，不稳定的环境温度会在调制时产生较大的偏差。

2.系统所受到的机械振动，机械振动会在光纤中产生应力，导致折射率发生改变，使得在光纤中传输的光偏振态产生漂移。

3.空气流动的影响。空气流动会对未紧致固定的光纤产生扰动，导致偏振态发生漂移。

4.电磁辐射场的影响：电磁辐射（诸如手机信号、交流电产生的电磁波）会对系统的电路部分产生比较明显的干扰，收到的干扰最明显就是量子检测器部分。

为了解决这些问题，让连续变量量子密钥分发系统能够具有较高的稳定性，我们需要对环境的影响进行监测，并通过反馈的方式来校准，使得系统对于环境干扰具有抵抗能力，并能够长时间连续工作。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的在于针对连续变量量子密钥分发系统偏振反馈控制方案的空白，提出了一种全新的偏振反馈控制方案，推进了连续变量量子密码的实用化，同时有效地抑制了在量子通信过程中连续变量量子信号的偏振受到的环境干扰。

根据本发明的一个方面，提供一种连续变量量子密钥分发系统的偏振补偿实现方法，具体为：

在发送端：将激光器产生的脉冲激光经衰减器衰减后通过保偏分束器分为信号光和本振光两束；令信号光经过幅度调制和相位调制后，通过衰减器衰减到量子水平，然后与本振光一起通过偏振耦合器进入光纤中传输至接收端；