[发明专利]基于基编码的连续变量量子密钥分发方法及系统

说明书

本发明提供了一种基于基编码的连续变量量子密钥分发方法及系统，发送端进行相干态制备，并根据高斯分布的连续变量真随机数对相干态进行编码；通过量子信道传输给接收端进行相干态检测；接收端随机选择一部分位置公开检测结果及测量基供发送端进行基比对和数据评估，在密钥率小于等于零时重新开始；接收端公布剩余位置的检测结果，发送端根据剩余位置的检测结果判断接收端采用的测量基，接收端与发送端将对应的基信息作为各自的密钥；通过经典信道，进行协商和保密增强操作。本发明可实现高过噪声条件下长距离安全通信，而且协商效率要求更低。除了解码步骤，其他步骤都与现有连续变量量子密钥分发协议一致，很容易实现两者的融合应用。

技术领域

本发明涉及量子通信技术领域，具体地，涉及基于基编码的连续变量量子密钥分发方法及系统。

背景技术

量子保密通信的安全性源于量子物理学的基本特性，由海森堡测不准定理和不可克隆原理所保障，这使得量子保密通信具有两个基本特征，即通信无条件安全性及对窃听的可检测性，而这两个特征在经典通信几乎无法实现。因此在信息保护和保密通信方面，量子保密通信具有先天的优势。

量子密钥分发技术整体上分为两大类：离散变量量子密钥分发(DVQKD)和连续变量量子密钥分发(CVQKD)，和离散变量量子密钥分发技术相比，连续变量量子密钥分发技术继承了经典相干光通信的诸多优势，具有更高的信道容量和与经典光通信的融合性。因此，该技术在近十几年中吸引了世界上许多研究机构对其理论和应用技术进行了深入研究。目前连续变量量子保密通信技术成为整个保密通信技术的一个重要分支，而连续变量量子密钥分发则是该技术的研究核心。至今各国研究者针对连续变量量子密钥分发提出了各种各样的协议，其中应用最广泛的是高斯调制相干态连续变量量子密钥分发协议，该协议在理论上已经被证明是无条件安全的。

然而相对于离散变量量子密钥分发协议，连续变量量子密钥分发协议的安全传输距离相对短很多。其主要原因有两个方面：一个是现有的CVQKD协议对过噪声过于敏感，过噪声包括信道引入的不可避免的过噪声及系统自身产生的额外过噪声。另一个原因是CVQKD需要更复杂且独特的纠错算法，这个进一步限制了CVQKD的安全传输距离。为了提升CVQKD的安全传输距离，有研究者提出了离散调制CVQKD方案，可直接产生离散化的原始密钥，从而可降低后处理难度，提升协商效率，从而延长安全传输距离。另外，还有很多方案，包括针对CVQKD的高效协商算法、本地本振等方案等都可以从一定程度上提升现有CVQKD协议的性能，但是其本质上都是基于连续值编码方案，这类方案对过噪声和协商效率的敏感性从根本上限制了其性能。事实上，在实际应用中，高的信道过噪声是很常见的，而且当考虑到后处理实际协商的误帧率问题时，协商效率将进一步影响CVQKD的安全密钥率。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于基编码的连续变量量子密钥分发方法及系统。

根据本发明提供的一种基于基编码的连续变量量子密钥分发方法，包括：

步骤1：发送端生成高斯分布的连续变量真随机数，作为原始编码信息；接收端生成二进制真随机数作为原始密钥信息；

步骤2：发送端进行相干态制备，并根据高斯分布的连续变量真随机数对相干态进行编码；

步骤3：将完成编码的相干态信号通过量子信道传输给接收端，接收端根据二进制真随机数利用量子平衡零差检测器随机测量相干态的X或P正则分量；

步骤4：接收端随机选择一部分位置公开检测结果及他所采用的测量基供发送端进行基比对，获得对应的相关联的连续数据，并利用连续数据进行参数评估，并根据评估结果计算基于基编码情况下合法方的互信息量及泄露给Eve的信息量，同时判断密钥率是否大于零，在密钥率小于等于零时返回步骤1；

步骤5：接收端公布剩余位置的检测结果，发送端根据剩余位置的检测结果判断接收端采用的测量基，即判断测量了X正则分量还是P正则分量，接收端与发送端将对应的基信息作为各自的密钥；