[发明专利]一种连续变量四用户量子秘密共享装置及共享方法

说明书

本发明提供了一种连续变量四用户量子秘密共享装置及共享方法，包括连续变量双波长内腔倍频稳频激光器、模式清洁器、非简并光学参量放大器、三套干涉系统、信号源、振幅调制器、位相调制器和四套平衡零拍探测系统；连续变量双波长内腔倍频稳频激光器噪声低，功率高，可同时泵浦多个光学腔，非简并光学参量放大器能输出高质量的纠缠态光场，信号源输出经典的秘密信息，经过干涉系统使得四组份的纠缠态光场均携带有秘密信息。本发明在常温条件下制备了两种连续变量高纠缠度的四组份纠缠态光场，并以此为量子资源实现了四用户的量子秘密共享，提高了通信的信息量，增强了通信的安全性，推动连续变量量子信息研究实用化的发展。

技术领域

本发明涉及多用户之间的量子通信装置，具体是一种连续变量四用户量子秘密共享装置及共享方法。

背景技术

近年来，随着计算机以及网络技术的迅猛发展，人们对信息传输的速度，安全性等问题提出了更高的要求。量子信息是量子物理与信息科学相交叉的一门新兴学科，主要利用量子资源完成信息的传输与处理，其目的是使得信息的安全性，处理速率以及计算精度等突破经典信息系统的极限，应用前景广阔。量子秘密共享是量子通信技术中的一种，其目的是利用构建好的纠缠态光场之间的量子关联安全地将一个经典字符串或者量子信息传输给访问结构，增强了通信的安全性。因为参与的用户都是空间分离的，而光学系统又具有很好的移动性，所以光学系统是实现量子秘密共享的最佳系统。在连续变量量子信息领域，利用量子纠缠态光场实现量子秘密共享的案例较少，并且在这些案例中，参与实现量子秘密共享的用户数量较少。但实际上，秘密信息可能需要在更多的用户之间共享，四组份类GHZ纠缠态和类Cluster纠缠态光场的产生装置基本相同，利用相同的装置，可以同时实现以两种不同类型的纠缠态光场为量子资源的四用户之间的秘密共享。在秘密共享过程中，不同用户合作时的安全密钥速率较高，提高了量子通信的信息量。并且GHZ态和Cluster态更利于向更多组份扩展，有利于探索更多用户的量子秘密共享，实现更加复杂的量子通信网络，推动了量子信息研究的实用化发展。

在连续变量领域实现量子秘密共享是研究连续变量量子信息的一个重要突破。2004年，澳大利亚研究小组的Ping Koy Lam等人将秘密信息编码在三组份的GHZ纠缠态光场上，并将其分发给三个用户，其中任意两个用户合作可以得到秘密信息，单个用户无法得到信息，实现了(2，3)阈值的量子秘密共享，该论文“Tripartite Quantum State Sharing”发表在杂志PHYSICAL REVIEW LETTERS上。

上述文章中秘密共享的用户数量是3个，限制了有时候秘密信息需要在更多的用户之间共享；并且采用一个实验装置，只能以一种类型的纠缠态光场为资源实现秘密共享；同时，上述实验中只实现了(2，3)阈值的量子秘密共享，限制了可以合作的用户数量。

发明内容

本发明是一种连续变量四用户量子秘密共享装置及共享方法，利用同一种实验装置，制备出两种高质量的四组份连续变量量子资源，以任何一个量子资源为基础，将秘密信息在四个用户之间共享，都可以实现了(3，4)阈值和(4，4)阈值的量子秘密共享，使得量子信息的实用化发展更进一步。

一种连续变量四用户量子秘密共享装置，包括连续变量双波长内腔倍频稳频激光器、第一模式清洁器、第二模式清洁器、两个非简并光学参量放大器、第一干涉系统、第二干涉系统、第三干涉系统、信号源、振幅调制器、位相调制器和四套平衡零拍探测系统；

所述的第一模式清洁器和第二模式清洁器并联位于所述的连续变量双波长内腔倍频稳频激光器的光路下游，所述的第一模式清洁器和第二模式清洁器的光路下游通往两个非简并光学参量放大器，两个非简并的光学参量放大器输出四个压缩态光场，部分压缩态光场进入第一干涉系统得到一次干涉输出光场，将一次干涉输出光场分别与剩余部分压缩态光场共同进入第二干涉系统或第三干涉系统进行二次干涉，得到二次干涉输出光场，精确控制每个干涉系统中干涉光束的相对位相差，二次干涉输出光场是四组份的纠缠态光场，分别进入下游的四套平衡零拍探测系统测量，该纠缠态光场作为用于实现四用户秘密共享的量子资源。