[发明专利]一种基于量子光源的量子密码实现方法

权利要求书

1.一种基于量子光源的量子密码实现方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤1：Alice端，波长为898nm的皮秒锁模钛宝石激光器发出重复频率为76MHz的脉冲光，经BBO晶体倍频到449nm，然后449nm的激光被用于泵浦PPLN周期性极化铌酸锂晶体发生参量下转换过程，产生中心波长分别在633nm和1545nm的非简并光子对，分别称为休闲光和信号光；休闲光是指633nm的光，即模式I，用于本地探测，信号光是指1545nm的光，即模式S，用于调制量子态；

步骤2：产生的非简并光子对经二向色镜DM后被分离；中心波长在633nm的光子进入本地探测结构，即由分束器BS分成两束，每束光被分别耦合到光纤内收集并触发一个硅探测器，记录所有的探测事件并分为4类，根据这4类事件对应的信号光即为被动式诱骗态；4类事件分别为：1为两个探测器都不响应，2、3为仅有其中一个探测器响应，4为两个探测器都响应；

步骤3：中心波长在1545nm的光子首先被耦合到标准通信光纤内，再经过带宽为3nm的可调带通滤波器，然后被发送到一个新型低损耗的不等臂马赫-曾德尔干涉仪UMZI，利用UMZI中的调相器PM将光子的相位随机调节成BB84协议的4个态{0,π/2,π,3π/2}；而后光子被发送到Bob端，Bob利用另外一个UMZI随机选择Z基{0,π}或X基{π/2,3π/2}，然后利用超导探测器进行探测；所述新型低损耗UMZI内部由保偏光纤连接，使用一个光纤偏振分束器代替常规光纤分束器；

步骤4：Bob和Alice通过公共信道进行基矢比对，仅仅保留基矢匹配的比特信息，对这些原始比特进行纠错和保密放大操作，得到最终的密钥。

2.根据权利要求1所述的基于量子光源的量子密码实现方法，其特征在于，使用了由本地探测结构来建立的被动式诱骗态方法；本地探测结构由一个分束器和两个探测器组成，休闲光通过分束器后分别到达探测器D₁、D₂，可以产生四种不同的探测事件，记为X_i，i＝1,2,3,4：1)X₁：D₁、D₂都不响应；2)X₂：D₁响应，D₂不响应；3)X₃：D₂响应，D₁不响应；4)X₄：D₁，D₂都响应；利用这四种不同的响应事件被动地构造出不同的诱骗态，然后根据诱骗态对接收端接收的信号进行估计和处理，提取密钥。

3.根据权利要求1所述的基于量子光源的量子密码实现方法，其特征在于，本地探测时，光子数态|s₁s₂导致事件X_i产生的条件概率如下表所示：

表中d_j代表入射光投影到真空态上，探测器D_j响应的概率，即探测器的暗计数，其中j＝1,2。

4.根据权利要求1所述的基于量子光源的量子密码实现方法，其特征在于，本地探测时，休闲光中的m光子态投影到|s₁s₂态上，即m个光子经过分束器进入两路后最终到达D₁和D₂探测器的光子数分别为s₁和s₂，此条件概率为：

其中k为经过分束器透射的光子数；t为分束器的透射率；η₁₀和η₂₀分别是分束器后探测器D₁和D₂两路的效率，包含了探测器的探测效率；分别是二项分布的系数。

5.据权利要求1所述的基于量子光源的量子密码实现方法，其特征在于，得到最终的安全密钥率可由下述公式表述：

其中x、y、z分别对应于根据本地探测事件X₁、X₂、X₃所得到的三种诱骗态，分别对应于三者的光子数概率分布，Q^x、Q^y、Q^z分别是接收端Bob探测器对应于x、y、z三种诱骗态的响应率，E^x、E^y、E^z分别是其误码率；f为纠错效率函数；Y₁^L为单光子响应率的下界，为单光子误码率的上界；H(x)表示的是二元香农熵函数，即H(x)＝-xlog₂(x)-(1-x)log₂(1-x)。