[发明专利]一种测量设备无关量子密钥分发系统和方法

说明书

本申请提供一种测量设备无关量子密钥方法和系统，通过在量子态制备发送端对光脉冲信号或光量子信号的偏振态进行扰偏，使所述光脉冲信号或光量子信号的偏振态均匀分布在庞加莱球的表面，然后两路经过扰偏操作的光脉冲信号或光量子信号分别经过独立的光纤信道传输至测量端进行贝尔态投影测量。在测量端每路光量子信号先被分离成两个正交的偏振分量，两路中正交的偏振分量的偏振方向分别相同，然后偏振方向相同的偏振分量分别进行贝尔态投影测量。

技术领域

本发明属于光传输保密通信技术领域，具体涉及一种测量设备无关量子密钥分发系统和方法。

背景技术

量子密钥分发(Quantum Key Distribution)技术基于量子物理原理，能够实现信息论意义上无条件安全的密钥共享。然而，由于实际器件和设备存在非理想特性，量子密钥分发系统的实际安全性与理论协议安全性之间存在着一定的差距。作为常规量子密钥分发系统接收装置的核心部件，单光子探测器成为最容易受到攻击的部分，严重影响了量子密钥分发系统的实际效能。

测量设备无关(Measurement Device Independent)量子密钥分发协议利用贝尔态(Bell state)投影测量将测量设备(特别是单光子探测器)引起的实际完全性问题完美地解决了。在测量设备无关协议中，合法的通信双方(称为Alice和Bob)均为量子态制备发送方，他们将制备的光量子态发送给第三方(称为Charlie)进行贝尔态投影测量，得到选择出来的贝尔态，整个过程相当于让合法的通信双方共享了纠缠光子对，并进一步地共享安全密钥。测量设备无关量子密钥分发协议是基于时间反演的纠缠协议，其安全性与第三方无关，作为进行贝尔态投影测量的第三方甚至可以是窃听者(称为Eve)，即测量设备无关量子密钥分发协议天然免疫所有的测量端漏洞和攻击。

但在实际光纤线路中，光纤信道的双折射效应可能由数种环境干扰而受到影响，并随着距离增长而积累。例如，光缆上附加的机械应力改变会对其中传输的光信号的偏振特性变化产生影响。在180千米的架空光缆中，光缆被风吹会产生摆动，此时偏振状态会有快于1Hz的变化，某一偏振分量的强度变化量在极端情况下可能达到50％。

因光纤信道的传输特性随环境变化带来扰动将限制测量设备无关量子密钥分发协议的应用价值，无法获得实用化的测量设备无关量子密钥分发系统。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种测量设备无关量子密钥系统和方法，以解决现有技术中测量设备无关量子密钥分发系统无法抵御较强环境干扰，实用性较差的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种测量设备无关量子密钥分发系统，包括：

第一量子态制备发送端、第二量子态制备发送端和测量端；

所述第一量子态制备发送端与所述测量端通过第一光纤信道连接；

所述第二量子态制备发送端与所述测量端通过第二光纤信道连接；

所述第一量子态制备发送端和所述第二量子态制备发送端结构相同，均包括：

光源、强度调制器、光量子态制备装置、扰偏装置和可调衰减器；

所述扰偏装置用于对光脉冲信号或光量子信号的偏振态进行扰偏，使所述光脉冲信号或光量子信号的偏振态均匀分布在庞加莱球的表面；

所述可调衰减器的输出端作为量子态制备发送端的输出端，将光强衰减后的光量子信号输出至光纤信道；

所述测量端包括：

第一偏振分束器、第二偏振分束器、第一贝尔态投影测量装置和第二贝尔态投影测量装置，所述第一贝尔态投影测量装置和所述第二贝尔态投影测量装置均包括一个保偏分束器和两个单光子探测器；