[发明专利]一种基于4粒子簇态的量子密钥分发方法

说明书

本发明公开了一种基于4粒子簇态的量子密钥分发方法，发送方Alice与接收方Bob分别获得相同的共享密钥，发送方Alice通过4粒子簇态与接收方Bob共享密钥，接收方Bob接收到4个簇态粒子后直接对粒子分组测量，克服了量子比特存储时间短的问题。当通信过程存在第三方窃听时，本发明提供的通信方法的比特不一致率为37.5％。同时，在窃听检测率达到P_d＝0.999999999时，本发明需要传输44比特的密钥比特作为检测序列，相比于BB84协议具有更高的通信效率。

技术领域

本发明涉及一种量子密钥分发方法，具体涉及一种基于4粒子簇态的量子密钥分发方法。

背景技术

量子密码是量子理论、信息科学和计算机科学相结合的产物，无条件安全性和对窃听的可检测性是量子密码的两个重要特征。量子密钥分发不需要量子存储，方便实验上实现。

现有技术提出了确定性安全的量子密钥分发协议，其中一种使用单粒子态进行量子密钥分发的BB84协议，为保证信息的安全传输，发送方和接收方密钥协商阶段需要比对72个量子比特。另外，现有技术还提出以Bell态作为纠缠信道，提出一种量子密钥分发方案，该方案中，密钥比特不一致率为46.875％。其次，提出一种基于4粒子W态的量子密钥分发方案，密钥比特不一致率为50％。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于4粒子簇态的量子密钥分发方法，用以解决现有技术中量子密钥分发通信方法效率不高等问题。

为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案：

一种量子密钥分发方法，发送方Alice将量子密钥共享给接收方Bob，所述的方法包括：

步骤1、获得原始密钥串，发送方Alice将其制备的携带有单位密钥的多组4粒子簇态发送给接收方Bob；

接收方Bob对其中一组4粒子簇态进行随机分对后再测量，获得随机分对及测量结果，若随机分对及测量结果与发送方Alice持有的4粒子簇态的固定分对及测量结果相同，发送方Alice与接收方Bob均获得一个单位密钥，所述的分对及测量结果包括分对信息以及测量结果；

接收方Bob测量多组4粒子簇态后，发送方Alice持有由多个单位密钥组成的原始密钥串R_A，接收方Bob获得由多个单位密钥组成的原始密钥串R_B；

步骤2、提取协商密钥，发送方Alice从原始密钥串R_A随机提取多个元素作为协商密钥C_A，接收方Bob从原始密钥串R_B中提取与发送方Alice从原始密钥串R_A提取的元素具有相同位置的元素作为接收方Bob的协商密钥C_B，所述的协商密钥C_A与协商密钥C_B中元素数量相同，若协商密钥C_B与协商密钥C_A的不一致率小于阈值，则当前通信安全，进行步骤3，否则返回步骤1；

步骤3、后处理，采用数据协商和保密增强分别对协商密钥C_A与协商密钥C_B进行后处理，使得协商密钥C_A与协商密钥C_B相同，发送方Alice与接收方Bob共享一串相同的量子密钥。

进一步地，所述的发送方Alice与接收方Bob均持有相同的单位密钥集与粒子测量结果之间的关系表，所述的步骤1具体包括：

步骤11、制备4粒子簇态，发送方Alice制备多组4粒子簇态，其中，一组4粒子簇态由4个簇态粒子组成，发送方Alice存有每一组4粒子簇态的固定分对信息以及固定测量结果，其中所述的固定分对信息是指4个簇态粒子固定形式的两两分对信息，所述的固定测量结果为经过固定形式分对的两对簇态粒子的测量结果；