[发明专利]一种连续变量量子密钥分发系统高斯调制实现方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及到一种连续变量量子密钥分发系统高斯调制实现方法及装置。

背景技术

在信息技术飞速发展的现代社会中，信息安全问题被越来越多的人所关心，而量子密钥分发以其安全的密钥传输能力吸引了大量研究人员参与研究。量子密钥分发能使合法通信双方在不可信任的量子信道中安全共享密钥，其主要利用测不准原理和量子态不可克隆定理来实现通信的无条件安全。

量子密钥分发可分为离散变量量子密钥分发(DVQKD)和连续变量量子密钥分发(CVQKD)，与基于单光子的离散变量量子密钥分发不同，连续变量量子密钥分发将随机变量的信息编码在光场的正则分量上。CVQKD主要具有以下三大优势：第一光源制备比较简单。第二探测器采用现代光通信系统中普遍采用的平衡零差(外差)探测器，成本较低，并且效率较高。第三，可兼容现代光通信网络，大大降低了系统和网络建设成本。目前，学术界已经提出了很多连续变量量子密钥分发协议并且从理论上进行了安全性分析，给出了个体攻击和联合攻击的安全门限，特别是基于高斯调制的相干态量子密钥分发协议的无条件安全性得到了充分论证，高斯调制相干态协议目前已经成为连续变量CVQKD中最重要的方法。

在连续变量量子密钥分发中，根据调制方法又可以分为离散调制连续变量量子密钥分发和连续调制连续变量量子密钥分发，在离散调制连续变量量子密钥分发中如BPSK,QPSK，离散的调制信息编码在光场的正则分量上(X或P)，而高斯调制连续变量量子密钥分发将高斯数据调制在光场的正则分量上，这就对调制端的性能提出了很高的要求，一种稳定高效的高斯调制方法是极其重要的。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种高速可靠的连续变量量子密钥分发系统高斯调制实现方法及装置。

为实现上述目的，本发明是根据以下技术方案实现的：

一种连续变量量子密钥分发系统高斯调制实现方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1：发送端利用相干激光器产生连续激光；

步骤S2：利用高消光比调制器对激光进行斩波，用来产生激光脉冲信号，并通过反馈来控制偏置点电压以稳定输出光脉冲；

步骤S3：将激光脉冲信号分为两路光脉冲信号，其中一路为弱光信号，另一路为强光信号，弱光信号经衰减后作为量子信号，强光信号作为本振信号；

步骤S4：产生随机数，对该随机数进行处理，得到一组瑞丽分布的随机数和一组均匀分布的随机数；

步骤S5：对量子信号进行调制，将瑞利分布的随机数调制在量子信号的幅度上，均匀分布的随机数调制在量子信号的相位上；

步骤S6：将调制后的量子信号和本振信号耦合进光纤中进行传输。

上述技术方案中，所述步骤S4中随机数的生成包括以下步骤：

步骤S401：通过随机数产生器产生二进制的随机数，随机数2N bit划分为一组，对每组2N个随机数进行处理，每N bit映射为一个0-1区间内的均匀分布的随机数，以此产生均匀分布的随机数；

步骤S402：通过公式产生一个瑞丽分布的随机数，其中u₁为步骤S401中生成的一个服从均匀分布的随机数。

上述技术方案中，发送端通过强度反馈控制器来稳定激光的输出功率。

本发明的一种连续变量量子密钥分发系统高斯调制实现装置，其特征在于，包括：

发送端，其用于产生连续激光；

高消光比调制器，其与发送端连接，高消光比调制器通过斩波作用对发送端产生的激光进行斩波，用来产生激光脉冲信号；

分束器，其与高消光比调制器连接，并用于将经斩波作用而产生的激光脉冲信号分为两路光脉冲信号，其中一路为弱光信号，另一路为强光信号，弱光信号经衰减后作为量子信号，强光信号作为本振信号。

IQ调制器，其与分束器连接，IQ调制器用于对量子信号进行调制，从而将瑞利分布的随机数调制在量子信号的幅度上，均匀分布的随机数调制在量子信号的相位上；

随机数生成模块，其与IQ调制器连接，随机数生成模块用于产生随机数，并对该随机数进行处理，得到一组瑞丽分布的随机数和一组均匀分布的随机数；

波分复用器，其分别与分束器和IQ调制器连接，波分复用器用于将IQ调制器调制后的量子信号和分束器分出的本振信号耦合进光纤中进行传输。

上述技术方案中，所述分束器为1:99的分束器。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：