[发明专利]一种两节点测量设备无关量子密钥分发系统

说明书

技术领域

本发明涉及通信领域中量子密钥分发领域，具体地是涉及一种两节点测量设备无关量子密钥分发系统。

背景技术

测量设备无关量子密钥分发系统是目前公认的具有较高安全度、广阔应用前景的量子密钥分发系统。特别是其具有的较高安全性，是其他量子密钥分发系统无法比拟的。按照编码方式的不同，测量设备无关量子密钥分发系统分成偏振编码和相位编码两大类。最初的测量设备无关量子密钥分发系统采用偏振编码，但由于光纤双折射和时间抖动的影响，脉冲偏振态随机变化影响贝尔态响应结果，造成系统稳定性差、安全密钥率低、误码率高。随后出现了采用相位编码的测量设备无关量子密钥分发系统，该系统虽然克服了偏振态随机变化对贝尔态响应的影响，但由于两个独立的激光器产生的脉冲初始相位不同，同时从Alice传输到Charlie的脉冲和从Bob传输到Charlie的脉冲相位漂移不同，时间抖动也不同。初始相位、相位漂移、时间抖动都影响贝尔态响应结果，同样导致系统稳定性差、安全密钥率较低。

最新报道的测量设备无关量子密钥分发系统采用相位编码，通过引入频谱稳定系统稳定频谱，引入相位稳定系统校准相位参考系，引入偏振稳定系统校正偏振变化，引入时间校准系统实现信号同步。虽然引入四大主动补偿系统使得安全密钥率达到16bps，与以往的测量设备无关量子密钥分发系统相比安全密钥率提高了两个数量级，但该系统仍存在相位漂移无法补偿、系统庞大复杂等问题。

综上所述，现有的测量设备无关量子密钥分发系统存在偏振变化、相位漂移、相位参考系不统一、同步实现困难等影响系统稳定性、安全密钥率的问题。分析现有的测量设备无关量子密钥分发系统结构特点，可以发现造成系统稳定性差、安全密钥率低的根本原因在于现有的测量设备无关量子密钥分发系统都采用三方通信的方式，即三节点测量设备无关量子密钥分发系统。

图1为三节点测量设备无关量子密钥分发系统模型，分析可知三节点测量设备无关量子密钥分发系统具有以下几个特点：

1、系统为单向传输，两个性能相近的独立激光器分别放置在Alice端、Bob端，Alice端产生的脉冲与Bob端产生的脉冲干涉。

2、系统采用相位编码或偏振编码，Alice、Bob分别对各自脉冲随机加载相位或调制偏振态，用相位或偏振态表征信息。

3、由于双折射的影响，从Alice传输到Charlie的脉冲和从Bob传输到Charlie的脉冲都会发生偏振变化，需要补偿偏振变化。

4、由于光源和路径不同，从Alice传输到Charlie的脉冲和从Bob传输到Charlie的脉冲初始相位不同，相位漂移也不同，需要校准相位参考系、补偿相位漂移。

5、从Alice传输到Charlie的脉冲和从Bob传输到Charlie的脉冲时间抖动不同，较难实现时间同步。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷(不足)，提供一种两节点测量设备无关量子密钥分发系统，能够有效地克服三节点测量所存在的不足。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种两节点测量设备无关量子密钥分发系统，将两个独立激光器和测量装置Charlie都放置在同一个节点上，即将两个独立激光器和测量装置Charlie均放置在Alice端或Bob端，形成两节点双向传输的量子密钥分发系统。

本发明的测量设备无关量子密钥分发系统是双向传输的，通过将两个性能相近的脉冲激光器放置在同一节点上，两个激光器产生的前后脉冲干涉。相同偏振态的前后脉冲经历相同环境、相同路径后，两者的偏振变化相同、相位漂移相同、时间抖动相同，可以实现相位漂移自补偿和时间同步。同时，由于系统双向传输，若在Bob端(Alice端)使用法拉第反射旋转镜，则可对往返Alice和Bob之间的前后脉冲实现偏振自补偿，即两节点测量设备无关量子密钥分发系统具有偏振自补偿、相位自补偿、时间同步易于实现的优势，可以提高系统稳定性。

优选的，两节点测量设备无关量子密钥分发系统包括Alice、Bob、Charlie三部分，其中Alice主要产生相同偏振态的前后脉冲并对脉冲的某一分量进行相位随机编码、频率调制；Bob主要对脉冲的另一分量进行相位随机编码、频率调制；Charlie主要使前后脉冲发生干涉，记录测量结果并将测量结果通过公共信道分别传输给Alice和Bob。