[发明专利]量子通信系统发送端的单光子水平检测系统、方法及装置

说明书

本发明公开了一种量子通信系统发送端的单光子水平检测系统、方法及装置，其中所述系统包括：单光子探测装置，用于获取所述接收端在密钥传输阶段接收的信号态光脉冲中的单光子的个数；光脉冲数获取装置，用于获取在所述密钥传输阶段所述发送端发射的信号态光脉冲的个数；计算装置，用于根据所述信号态光脉冲中的单光子的个数和所述信号态光脉冲的个数计算所述发送端所发射光脉冲的单光子水平。通过本发明，量子通信系统的发送端无法通过修改信号态光脉冲的数量值使得最终检测结果为其预期值，从而提高量子通信系统的安全性。

技术领域

本发明涉及量子通信技术领域，具体涉及量子通信系统发送端的单光子水平检测系统、方法及装置。

背景技术

量子通信中有三项核心技术，分别是单光子源技术、量子编码和传输技术、单光子检测技术。大量研究已经证明使用单光子源的量子通信是绝对安全的，并且具有很高的效率。基于安全性方面考虑，为了保证在通信过程中不会被光子数分束攻击，理想的单光子源应该严格满足每个脉冲中仅含有一个光子。现阶段大多数实验只能采用经过强衰减的相干态光源得到单光子源。在弱相干态光中，空脉冲、单光子脉冲和多光子脉冲的概率服从泊松分布，分别为：P(n＝0)＝e^-μ，P(n＝1)＝μ·e^-μ，P(n≥2)＝1-μ·e^-μ-e^-μ，n为光子数，μ为光脉冲中平均光子数。其中，由于空脉冲对生成密钥没有贡献，一般会计入系统总损耗之中；单光子脉冲可以视为理想的单光子源；多光子脉冲虽然也可以生成密钥，但是遭受Eve的光子分束攻击(PNS)。由此可以看出，当平均光子数增加时，空脉冲比例降低，使得系统通信效率有所提高，但同时多光子脉冲所占比例提高，使得系统安全性降低；若为降低多光子脉冲所占比例、提高系统安全性而过度降低光脉冲平均光子数，则会同时提高空脉冲所占比例，使得系统通信效率太低，在最终成码率上无法获得有效增益。由此可见，发送端的单光子水平(即光脉冲接近单光子脉冲的水平)是衡量量子通信系统安全性及通信效率的重要指标。

现阶段单光子脉冲的制备较为困难，其制备成本远远超过经典信号的制备成本。相应地，量子通信系统的检测成本也远远高于经典通信系统的检测成本，尤其是量子密钥分配系统(英文全称：Quantum Key Distribution，英文缩写：QKD)。量子密钥分配系统可以通过单光子脉冲实现密钥传输，以保证密钥传输的安全性。现有对于QKD系统的检测方法主要是先采用分散的检测工具，对系统中的单个设备或装置进行分别检测(例如，单光子探测器的探测效率、量子通信信道从发送端到接收端的衰减量等)；在组成量子密钥分配系统之后，还需要对各个设备或装置进行系统性的检测，即在系统运行状态下采用仪器对“发送端”的量子光强进行测量。

发明内容

本发明实施例提供了一种量子通信系统发送端的单光子水平检测系统、方法及装置。

根据第一方面，本发明实施例提供了一种量子通信系统发送端的单光子水平检测系统，设置在所述量子通信系统的接收端，所述系统包括：单光子探测装置，用于获取所述接收端在密钥传输阶段接收的信号态光脉冲中的单光子的个数；光脉冲数获取装置，用于获取在所述密钥传输阶段所述发送端发射的信号态光脉冲的个数；计算装置，用于根据所述信号态光脉冲中的单光子的个数和所述信号态光脉冲的个数计算所述发送端所发射光脉冲的单光子水平。

结合第一方面，在第一方面第一实施方式中，所述单光子探测装置包括：单光子探测器，用于获取所述接收端所接收的光脉冲中的单光子的个数，并输出单光子探测计数序列；筛选装置，用于从所述探测计数序列中筛选出信号态光脉冲中的单光子个数。