CN108259166B - 基于svm处理的连续变量量子密钥分发系统及其实现方法 - Google Patents

基于svm处理的连续变量量子密钥分发系统及其实现方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108259166B
CN108259166B CN201711465596.2A CN201711465596A CN108259166B CN 108259166 B CN108259166 B CN 108259166B CN 201711465596 A CN201711465596 A CN 201711465596A CN 108259166 B CN108259166 B CN 108259166B
Authority
CN
China
Prior art keywords
signal
quantum key
light
quantum
svm
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201711465596.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108259166A (zh
Inventor
郭迎
李嘉伟
毛宇
赵微
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Central South University
Original Assignee
Central South University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Central South University filed Critical Central South University
Priority to CN201711465596.2A priority Critical patent/CN108259166B/zh
Publication of CN108259166A publication Critical patent/CN108259166A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108259166B publication Critical patent/CN108259166B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L9/00—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols
    • H04L9/08—Key distribution or management, e.g. generation, sharing or updating, of cryptographic keys or passwords
    • H04L9/0816—Key establishment, i.e. cryptographic processes or cryptographic protocols whereby a shared secret becomes available to two or more parties, for subsequent use
    • H04L9/0852—Quantum cryptography
    • H04L9/0858—Details about key distillation or coding, e.g. reconciliation, error correction, privacy amplification, polarisation coding or phase coding
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/50—Transmitters
    • H04B10/508—Pulse generation, e.g. generation of solitons
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/60—Receivers
    • H04B10/61—Coherent receivers
    • H04B10/616—Details of the electronic signal processing in coherent optical receivers
    • H04B10/6162—Compensation of polarization related effects, e.g., PMD, PDL
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/70—Photonic quantum communication
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L9/00—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols
    • H04L9/08—Key distribution or management, e.g. generation, sharing or updating, of cryptographic keys or passwords
    • H04L9/0816—Key establishment, i.e. cryptographic processes or cryptographic protocols whereby a shared secret becomes available to two or more parties, for subsequent use
    • H04L9/0838—Key agreement, i.e. key establishment technique in which a shared key is derived by parties as a function of information contributed by, or associated with, each of these
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L9/00—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols
    • H04L9/08—Key distribution or management, e.g. generation, sharing or updating, of cryptographic keys or passwords
    • H04L9/0816—Key establishment, i.e. cryptographic processes or cryptographic protocols whereby a shared secret becomes available to two or more parties, for subsequent use
    • H04L9/0852—Quantum cryptography
    • H04L9/0855—Quantum cryptography involving additional nodes, e.g. quantum relays, repeaters, intermediate nodes or remote nodes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Computer Security & Cryptography (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于SVM处理的连续变量量子密钥分发系统及其实现方法，量子密钥发送端离散调制量子信号并发送至量子密钥接收端，量子密钥接收端对接收到的信号进行检测，并将检测结果送至基于SVM的后处理模块，基于SVM的后处理模块采用SVM法对接收到的信号进行处理。本发明能够克服量子密钥分发系统中的非线性相位噪声，进一步提高了离散调制的连续变量量子密钥分发系统的传输距离和通信容量。

Description

基于SVM处理的连续变量量子密钥分发系统及其实现方法
技术领域
本发明属于光纤量子通信技术领域，涉及一种基于SVM处理的离散调制的连续变量量子密钥分发系统及其实现方法。
背景技术
量子密钥分发能使两个远距离处在不可信任的量子信道中安全共享密钥，其安全性由量子力学的测不准原理和量子不可克隆定理进行保证。目前量子密钥分发分为离散变量和连续变量两种类型。与离散变量量子密钥分发相比，连续变量量子密钥分发其量子态更容易制备，能融入现有的光纤系统中，且可以使用高效低成本的零差检测或者外差检测技术，这使得连续变量量子密钥分发系统更容易进入商业化领域。然而，连续变量量子密钥分发在长距离通信时协商效率较低。在长距离通信时，离散调制的连续变量量子密钥分发能够保持较高的协商效率，这使得离散调制的连续变量量子密钥分发更适合用于远距离通信。
目前连续变量量子密钥分发还没有进入完全商业化，主要原因是由于其实际性能跟理论性能还有较大的差距。量子密钥分发系统中存在的非线性噪声，如非线性相位噪声，是限制系统传输距离和通信容量进一步提高的重要因素。因此，如何克服这些噪声对系统性能的影响尤为重要。
发明内容
为实现上述目的，本发明提供一种基于SVM处理的连续变量量子密钥分发系统及其实现方法，解决了量子密钥分发系统中存在的非线性噪声限制系统传输距离和通信容量的问题。
本发明所采用的技术方案是，基于SVM处理的连续变量量子密钥分发系统，包括：
量子密钥发送端，用于离散调制量子信号，并将调制后的信号通过量子信道发送至量子密钥接收端；
量子密钥接收端，用于检测量子信号，并将检测结果发送至基于SVM的后处理模块；
基于SVM的后处理模块，用于处理量子密钥接收端发送的检测结果，并根据处理结果与量子密钥发送端进行密钥协商，最终获取安全密钥。
进一步的，所述量子密钥发送端包括：
脉冲激光器，用于产生脉冲相干光；
偏振器，用于控制脉冲激光器产生的信号光的偏振态，并发送至第一可调衰减器；
第一可调衰减器，用于将偏振器送至的信号进行衰减至合适的光强水平，光强水平根据所处理的信号光的不同而进行设置，并发送至第一分束器；
第一分束器，用于将脉冲相干光分离为1%量子水平的信号光与99%量子水平的本振光；
现场可编程门阵列信号生成卡，用于生成量子密钥发送端所需调制信号，控制第一电光相位调制器进行离散调制，并将离散调制信号送至第一PC端；
第一电光相位调制器，用于将第一分束器分离的信号光进行相位调制，从而完成离散调制，并发送至第二可调衰减器；
第二可调衰减器，用于将第一电光相位调制器输出的信号光进行衰减为量子水平，并发送至偏振耦合器；
偏振耦合器，用于将第二可调衰减器发出的信号光和第一分束器分离的本振光耦合成一路量子信号，并通过量子信道传输至量子密钥接收端。
进一步的，所述量子密钥接收端包括：
偏振控制器，用于校准量子信道送至的量子信号的偏振态，并发送至偏振分束器；
偏振分束器，用于将偏振控制器送至的量子信号分成10%的信号光与90%的本振光；
随机数生成器，用于随机生成比特信息，随机数生成器的比特信息用于控制第二电光相位调制器对本振光进行相位调制，随机数生成器将生成的随机数信号输送至现场可编程门阵列数据采集卡；
第二电光相位调制器，用于将偏振分束器分离的本振光进行相位调制，从而实现测量基选择，并将本振光发送至第二分束器；
第二分束器，用于将第二电光相位调制器发出的本振光与偏振分束器分离的信号光进行干涉，差分通过本振光和信号光通过的路径差来实现，并发送至零差探测器；
零差探测器，用于对进行过干涉和差分的本振光和信号光进行零差检测，获得随机选择的正交分量的测量结果，并将检测结果发送至基于SVM的后处理模块。
进一步的，所述基于SVM的后处理模块包括：
现场可编程门阵列数据采集卡，用于采集零差探测器送至的信号以及随机数生成器的随机数信号，并将采集到的信号送至第二PC端；
第一PC端，用于处理现场可编程门阵列信号生成卡送至的离散调制信号；
第二PC端，用于对采集到的信号进行SVM法处理，将接收到的一部分数据作为训练数据，分为具体的类别，然后根据训练数据对后续接收到的数据进行分类，与第一PC端进行纠错协商和私密放大，并用GPU进行加速处理。
进一步的，所述脉冲激光器的型号为Thorlabs OPG1015皮秒光脉冲发生器，第一电光相位调制器的型号为MPZ-LN-10的电光相位调制器，偏振耦合器的型号为ThorlabsPBC980PM-FC偏振光束耦合器，现场可编程门阵列信号生成卡由Xilinx VC707与FMC176组合而成。
进一步的，所述第二电光相位调制器的型号为MPZ-LN-10的电光相位调制器，零差探测器的型号为Thorlabs PDA435A平衡放大光电探测器。
进一步的，所述现场可编程门阵列数据采集卡由Xilinx VC707与FMC176组合而成。
本发明所采用的另一技术方案是，基于SVM处理的连续变量量子密钥分发系统的实现方法，具体按照以下步骤进行：
步骤一、在量子密钥发送端，现场可编程门阵列信号生成卡生成调制信号用于控制第一电光相位调制器，脉冲激光器产生脉冲相干光，经过偏振器控制其偏振态，之后通过第一可调衰减器衰减，再经过第一分束器分离成信号光与本振光，信号光依次经过第一电光相位调制器和第二可调衰减器后与本振光在偏振耦合器中耦合形成量子密钥，并通过量子信道发送至量子密钥接收端；
步骤二、在量子密钥接收端，量子密钥通过偏振控制器调整偏振态，再经过偏振分束器分成信号光与本振光，本振光经过第二电光相位调制器使用随机数生成器进行测量基随机选择后与信号光在第二分束器进行干涉；干涉后通过零差探测器进行检测并将检测结果送至基于SVM的后处理模块；
步骤三、基于SVM的后处理模块对检测到的信号采用现场可编程门阵列数据采集卡进行采集，将采集到的信号送至第二PC端；第二PC端采用SVM法处理采集到的信号，再运用Polar码与第一PC端进行纠错协商，并利用哈希法进行私密放大后，通信双方获得一对安全密钥。
本发明的有益效果是，基于SVM的处理模块先用SVM法对现场可编程门阵列数据采集卡采集到的信号进行分类处理，提高检测结果的准确性，降低纠错协商的负担；处理后的信号采用Polar码与发送端进行纠错协商，之后通过私密放大来提高密钥的安全性。本发明利用基于SVM的后处理模块，克服了离散调制的连续变量量子密钥分发系统中存在的非线性相位噪声，提高了系统的传输距离和通信容量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例的结构框图。
图2是本发明实施例的量子密钥发送端与量子密钥接收端的原理图。
图中，1.脉冲激光器，2.偏振器，3.第一可调衰减器，4.第一分束器，5.第一电光相位调制器，6.第二可调衰减器，7.偏振耦合器，8.偏振控制器，9.偏振分束器，10.随机数生成器，11.第二电光相位调制器，12.第二分束器，13.零差探测器，14.现场可编程门阵列（FPGA）数据采集卡，15.第二PC端，16.第一PC端，17.现场可编程门阵列（FPGA）信号生成卡。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明基于SVM处理的连续变量量子密钥分发系统，如图1-2所示，包括：
量子密钥发送端，用于离散调制量子信号，并将调制后的信号通过量子信道发送至量子密钥接收端；
量子密钥接收端，用于检测量子信号，并将检测结果发送至基于SVM的后处理模块；
基于SVM的后处理模块，用于处理量子密钥接收端发送的检测结果，并根据处理结果与量子密钥发送端进行密钥协商，最终获取安全密钥。
量子密钥发送端包括：
脉冲激光器1，用于产生脉冲相干光；
偏振器2，用于控制脉冲激光器1产生的信号光的偏振态，并发送至第一可调衰减器3；
第一可调衰减器3，用于将偏振器2送至的信号进行衰减至合适的光强水平，光强水平根据所处理的信号光的不同而进行设置，并发送至第一分束器4；
第一分束器4，用于将脉冲相干光分离为1%量子水平的信号光与99%量子水平的本振光，且本振光对信号光有放大其强度的作用；
现场可编程门阵列信号生成卡17，用于生成量子密钥发送端所需调制信号，控制第一电光相位调制器5进行离散调制，现场可编程门阵列信号生成卡17生成的离散调制信号，如果是四态调制，则生成01，11，00，10，控制第一电光相位调制器5选择相应的调制相位，进而完成离散调制，并将离散调制信号送至第一PC端16；
第一电光相位调制器5，用于将第一分束器4分离的信号光进行相位调制，从而完成离散调制，并发送至第二可调衰减器6；
第二可调衰减器6，用于将第一电光相位调制器5输出的信号光进行衰减为量子水平，并发送至偏振耦合器7；
偏振耦合器7，用于将第二可调衰减器6发出的信号光和第一分束器4分离的本振光耦合成一路量子信号，也就是所需发送的量子密钥，并通过量子信道传输至量子密钥接收端。
量子密钥接收端，包括：
偏振控制器8，用于校准量子信道送至的量子信号的偏振态，并发送至偏振分束器9；
偏振分束器9，用于将偏振控制器8送至的量子信号分成10%的信号光与90%的本振光，其中本振光用于随机测量基的选择后与信号光进行干涉，然后进行零差检测；
随机数生成器10，用于随机生成比特信息，根据离散调制所采用的具体离散进制数，比如四态调制，随机数生成器10的每两位比特信息用于控制第二电光相位调制器11对本振光进行相位调制，随机数生成器10将生成的随机数信号输送至现场可编程门阵列数据采集卡14；
第二电光相位调制器11，用于将偏振分束器9分离的本振光进行相位调制，从而实现测量基选择，并将本振光发送至第二分束器12；
第二分束器12，用于将第二电光相位调制器11发出的本振光与偏振分束器9分离的信号光进行干涉，差分通过本振光和信号光通过的路径差来实现，并发送至零差探测器13；
零差探测器13，用于对进行过干涉和差分的本振光和信号光进行零差检测，获得随机选择的正交分量的测量结果，并将检测结果发送至基于SVM的后处理模块。
基于SVM的后处理模块，包括：
现场可编程门阵列数据采集卡14：用于采集零差探测器13送至的信号以及随机数生成器10的随机数信号，并将采集到的信号送至第二PC端15；
第一PC端16，用于处理现场可编程门阵列信号生成卡17送至的离散调制信号；
第二PC端15，用于对采集到的信号进行SVM法处理，将接收到的一部分数据作为训练数据，分为具体的类别，然后根据训练数据对后续接收到的数据进行分类，与第一PC端16进行纠错协商和私密放大，并用GPU进行加速处理；
纠错协商采用的是反向协商，即在第二PC端15对SVM法处理后的信号进行Polar编码矩阵的生成，将编码所采用的编码矩阵发送至第一PC端16，第一PC端16对现场可编程门阵列信号生成卡17传送的离散调制信号进行编码，然后用和积译码算法在第一PC端16进行译码，哈希私密放大在译码过后进行的，哈希私密放大这一过程在第一PC端16和第二PC端15同时进行的，随后将信号送至第一PC端16，使通信双方获得安全密钥。
SVM法是通过一部分训练数据在在特征空间中构建最优超平面，然后根据这个超平面进行分类，使数据分类得到全局最优化，使整个样本空间的期望以某个概率满足一定上界，对于线性不可分的情况，通过使用非线性映射算法将低维输入空间线性不可分的样本转化为高维特征空间使其线性可分，从而使得高维特征空间采用线性算法对样本的非线性特征进行线性分析成为可能。SVM在小样本训练集上能够得到比其它算法好很多的结果，且具有其优秀的泛化能力。Polar码是基于信道极化理论提出的一种线性信道编码方法，具有编译码算法复杂度低的优点,在长码字传输时的低误码率性能，在码长趋于无穷大时，可达到香农极限，该码字是迄今发现的唯一一类能够达到香农限的编码方法。
量子信道为单模光纤或自由空间形成的传输媒介，单模光纤衰减系数稳定，大约为0.2dB/km，抗干扰能力强，成本较低；经典信道为经典无线、有线或光纤形成的传输媒介。
脉冲激光器1采用Thorlabs OPG1015皮秒光脉冲发生器，可产生小于等于3ps，频率为10 GHz的激光脉冲。
第一电光相位调制器5、第二电光相位调制器11均采用型号MPZ-LN-10的电光相位调制器，具有高消光比（>20dB）、低损耗（2.5dB）、高带宽（10GHz）的特点，可以满足更高速率的量子密钥通信系统，尽量减少了光学器件带来的额外损耗。
偏振耦合器7采用Thorlabs PBC980PM-FC偏振光束耦合器，将两束正交偏振光耦合入一根光纤中。高消光比（>18dB）、低损耗(<2dB)。
零差探测器13采用Thorlabs PDA435A平衡放大光电探测器，共模抑制比大于20Db,带宽可达350 MHz。
现场可编程门阵列信号生成卡17和现场可编程门阵列数据采集卡14均由XilinxVC707与FMC176组合而成。
GPU采用MSI GTX1080TI AERO 图形处理器，显存容量为11GB，显存位宽为352bit，核心频率为1620MHz/1506MHz，显存频率为11016MHZ。
本发明基于SVM处理的连续变量量子密钥分发系统的实现方法，具体按照以下步骤进行：
步骤一、现场可编程门阵列信号生成卡17生成调制信号用于控制第一电光相位调制器5；在量子密钥发送端，脉冲激光器1产生脉冲相干光，经过偏振器2控制其偏振态，之后通过第一可调衰减器3衰减，再经过第一分束器4分离成信号光与本振光，信号光依次经过第一电光相位调制器5和第二可调衰减器6后与本振光在偏振耦合器7中耦合形成量子密钥，并通过量子信道发送至量子密钥接收端；
步骤二、在量子密钥接收端，量子密钥通过偏振控制器8调整偏振态，再经过偏振分束器9分成信号光与本振光，本振光经过第二电光相位调制器11使用随机数生成器10进行测量基随机选择后与信号光在第二分束器12进行干涉；干涉后通过零差探测器13进行检测并将检测结果送至基于SVM的后处理模块；
步骤三、基于SVM的后处理模块对检测到的信号采用现场可编程门阵列数据采集卡14进行采集，将采集到的信号送至第二PC端15；第二PC端15采用SVM法处理采集到的信号，再运用Polar码与第一PC端16进行纠错协商，并利用哈希法进行私密放大后，通信双方获得一对安全密钥。
本文通过SVM后处理和Polar纠错协商来降低噪声，通过在Polar纠错协商前采用SVM法先对信号进行预处理，在一般方案中直接采用纠错码进行处理信号，本文在用纠错码处理信号前采用SVM法对信号预先进行处理，能够进一步的降低非线性噪声的影响，提高系统性能。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.基于SVM处理的连续变量量子密钥分发系统，其特征在于，包括：
量子密钥发送端，用于离散调制量子信号，并将调制后的信号通过量子信道发送至量子密钥接收端；
量子密钥接收端，用于检测量子信号，并将检测结果发送至基于SVM的后处理模块；
基于SVM的后处理模块，用于处理量子密钥接收端发送的检测结果，并根据处理结果与量子密钥发送端进行密钥协商，最终获取安全密钥；
所述基于SVM的后处理模块包括：
现场可编程门阵列数据采集卡（14），用于采集零差探测器（13）送至的信号以及随机数生成器（10）的随机数信号，并将采集到的信号送至第二PC端（15）；
第一PC端（16），用于处理现场可编程门阵列信号生成卡（17）送至的离散调制信号；
第二PC端（15），用于对采集到的信号进行SVM法处理，将接收到的一部分数据作为训练数据，分为具体的类别，然后根据训练数据对后续接收到的数据进行分类，与第一PC端（16）进行纠错协商和私密放大，并用GPU进行加速处理；
所述纠错协商采用的是反向协商，即在第二PC端（15）对SVM法处理后的信号进行Polar编码矩阵的生成，将编码所采用的编码矩阵发送至第一PC端（16），第一PC端（16）对现场可编程门阵列信号生成卡（17）传送的离散调制信号进行编码，然后用和积译码算法在第一PC端（16）进行译码，哈希私密放大在译码过后进行的，哈希私密放大这一过程在第一PC端（16）和第二PC端（15）同时进行的，随后将信号送至第一PC端（16），使通信双方获得安全密钥。
2.根据权利要求1所述的基于SVM处理的连续变量量子密钥分发系统，其特征在于，所述量子密钥发送端包括：
脉冲激光器（1），用于产生脉冲相干光；
偏振器（2），用于控制脉冲激光器（1）产生的信号光的偏振态，并发送至第一可调衰减器（3）；
第一可调衰减器（3），用于将偏振器（2）送至的信号进行衰减至设置的光强水平，光强水平根据所处理的信号光的不同而进行设置，并发送至第一分束器（4）；
第一分束器（4），用于将脉冲相干光分离为1%量子水平的信号光与99%量子水平的本振光；
现场可编程门阵列信号生成卡（17），用于生成量子密钥发送端所需调制信号，控制第一电光相位调制器（5）进行离散调制，并将离散调制信号送至第一PC端（16）；
第一电光相位调制器（5），用于将第一分束器（4）分离的信号光进行相位调制，从而完成离散调制，并发送至第二可调衰减器（6）；
第二可调衰减器（6），用于将第一电光相位调制器（5）输出的信号光进行衰减为量子水平，并发送至偏振耦合器（7）；
偏振耦合器（7），用于将第二可调衰减器（6）发出的信号光和第一分束器（4）分离的本振光耦合成一路量子信号，并通过量子信道传输至量子密钥接收端。
3.根据权利要求1所述的基于SVM处理的连续变量量子密钥分发系统，其特征在于，所述量子密钥接收端包括：
偏振控制器（8），用于校准量子信道送至的量子信号的偏振态，并发送至偏振分束器（9）；
偏振分束器（9），用于将偏振控制器（8）送至的量子信号分成10%的信号光与90%的本振光；
随机数生成器（10），用于随机生成比特信息，随机数生成器（10）的比特信息用于控制第二电光相位调制器（11）对本振光进行相位调制，随机数生成器（10）将生成的随机数信号输送至现场可编程门阵列数据采集卡（14）；
第二电光相位调制器（11），用于将偏振分束器（9）分离的本振光进行相位调制，从而实现测量基选择，并将本振光发送至第二分束器（12）；
第二分束器（12），用于将第二电光相位调制器（11）发出的本振光与偏振分束器（9）分离的信号光进行干涉，差分通过本振光和信号光通过的路径差来实现，并发送至零差探测器（13）；
零差探测器（13），用于对进行过干涉和差分的本振光和信号光进行零差检测，获得随机选择的正交分量的测量结果，并将检测结果发送至基于SVM的后处理模块。
4.根据权利要求2所述的基于SVM处理的连续变量量子密钥分发系统，其特征在于，所述脉冲激光器（1）的型号为Thorlabs OPG1015皮秒光脉冲发生器，第一电光相位调制器（5）的型号为MPZ-LN-10的电光相位调制器，偏振耦合器（7）的型号为Thorlabs PBC980PM-FC偏振光束耦合器，现场可编程门阵列信号生成卡（17）由Xilinx VC707与FMC176组合而成。
5.根据权利要求3所述的基于SVM处理的连续变量量子密钥分发系统，其特征在于，所述第二电光相位调制器（11）的型号为MPZ-LN-10的电光相位调制器，零差探测器（13）的型号为Thorlabs PDA435A平衡放大光电探测器。
6.根据权利要求1所述的基于SVM处理的连续变量量子密钥分发系统，其特征在于，所述现场可编程门阵列数据采集卡（14）由Xilinx VC707与FMC176组合而成。
7.一种如权利要求1-6任何一项所述的基于SVM处理的连续变量量子密钥分发系统的实现方法，其特征在于，具体按照以下步骤进行：
步骤一、在量子密钥发送端，现场可编程门阵列信号生成卡（17）生成调制信号用于控制第一电光相位调制器（5），脉冲激光器（1）产生脉冲相干光，经过偏振器（2）控制其偏振态，之后通过第一可调衰减器（3）衰减，再经过第一分束器（4）分离成信号光与本振光，信号光依次经过第一电光相位调制器（5）和第二可调衰减器（6）后与本振光在偏振耦合器（7）中耦合形成量子密钥，并通过量子信道发送至量子密钥接收端；
步骤二、在量子密钥接收端，量子密钥通过偏振控制器（8）调整偏振态，再经过偏振分束器（9）分成信号光与本振光，本振光经过第二电光相位调制器（11）使用随机数生成器（10）进行测量基随机选择后与信号光在第二分束器（12）进行干涉；干涉后通过零差探测器（13）进行检测并将检测结果送至基于SVM的后处理模块；
步骤三、基于SVM的后处理模块对检测到的信号采用现场可编程门阵列数据采集卡（14）进行采集，将采集到的信号送至第二PC端（15）；第二PC端（15）采用SVM法处理采集到的信号，再运用Polar码与第一PC端（16）进行纠错协商，并利用哈希法进行私密放大后，通信双方获得一对安全密钥。
CN201711465596.2A 2017-12-28 2017-12-28 基于svm处理的连续变量量子密钥分发系统及其实现方法 Expired - Fee Related CN108259166B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711465596.2A CN108259166B (zh) 2017-12-28 2017-12-28 基于svm处理的连续变量量子密钥分发系统及其实现方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711465596.2A CN108259166B (zh) 2017-12-28 2017-12-28 基于svm处理的连续变量量子密钥分发系统及其实现方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108259166A CN108259166A (zh) 2018-07-06
CN108259166B true CN108259166B (zh) 2020-08-07

Family

ID=62724594

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711465596.2A Expired - Fee Related CN108259166B (zh) 2017-12-28 2017-12-28 基于svm处理的连续变量量子密钥分发系统及其实现方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108259166B (zh)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109150318B (zh) * 2018-07-27 2020-07-14 西安空间无线电技术研究所 一种全时空量子与激光通信系统
CN109150515B (zh) * 2018-08-31 2021-01-15 中南大学 基于连续变量量子密钥分发的对潜通信系统及其实现方法
CN109586911B (zh) * 2019-02-01 2021-08-31 上海循态信息科技有限公司 基于相干光通信系统的连续变量量子密钥分发方法
CN109687964B (zh) * 2019-02-19 2021-06-04 中国电子科技集团公司第三十研究所 一种用于连续变量量子密钥分发的新型数据协调方法
CN112491541A (zh) * 2020-11-16 2021-03-12 南京大学 一种连续变量四态量子密钥分发方法及系统
CN112398650B (zh) * 2020-11-20 2021-08-17 中南大学 基于ao单元离散调制连续变量量子密钥分发系统性能改善方法
CN112702162B (zh) * 2020-12-25 2021-12-17 中南大学 基于离散态的一维连续变量量子密钥分发系统及其实现方法
CN113612602B (zh) * 2021-07-13 2023-11-28 中国人民解放军战略支援部队信息工程大学 量子密钥安全评定方法、量子密钥安全评定装置及介质

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103618597A (zh) * 2013-12-10 2014-03-05 国家电网公司 一种基于快速偏振反馈的量子密钥分发系统
CN107453820A (zh) * 2017-09-12 2017-12-08 中南大学 基于独立时钟源的连续变量量子密钥分发系统及实现方法
CN107612688A (zh) * 2017-09-30 2018-01-19 上海交通大学 基于机器学习的cvqkd实时性能优化方法及系统

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8433070B2 (en) * 2010-05-17 2013-04-30 Raytheon Bbn Technologies Corp. Systems and methods for stabilization of interferometers for quantum key distribution
JP6129523B2 (ja) * 2012-11-19 2017-05-17 株式会社東芝 通信装置およびプログラム

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103618597A (zh) * 2013-12-10 2014-03-05 国家电网公司 一种基于快速偏振反馈的量子密钥分发系统
CN107453820A (zh) * 2017-09-12 2017-12-08 中南大学 基于独立时钟源的连续变量量子密钥分发系统及实现方法
CN107612688A (zh) * 2017-09-30 2018-01-19 上海交通大学 基于机器学习的cvqkd实时性能优化方法及系统

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A New SVM Classification Approach via Minimum Within-class Variance;Qiaolin Ye etal.;《Journal of Comunicational Information System》;20100131;第39卷(第45期);全文 *
Implementation of continuous-variable quantum key distribution with discrete modulation;Takuya Hirano etal.;《Quantum Sci. Technol.》;20170609;全文 *
量子计算若干前沿问题综述;孙晓明;《中国科学》;20160831;第46卷(第8期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN108259166A (zh) 2018-07-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108259166B (zh) 基于svm处理的连续变量量子密钥分发系统及其实现方法
CN107947929B (zh) 基于k-近邻处理的连续变量量子密钥分发系统及实现方法
US10972189B2 (en) Long-haul high rate quantum key distribution
CN107612686B (zh) 外差检测的一维调制连续变量量子密钥分发系统及方法
CN108365953B (zh) 基于深度神经网络的自适应差分相移量子密钥分发系统及其实现方法
CN105024809B (zh) 基于高斯调制相干态的长距离连续变量量子密钥分发方法
Szczerba et al. 60 Gbits error‐free 4‐PAM operation with 850 nm VCSEL
US11329730B2 (en) Quantum communication system having time to frequency conversion and associated methods
CN107682144B (zh) 基于双相位调制和数据后处理的连续变量密钥分发方法
CN107483196B (zh) 基于连续变量量子密钥分发的数据流加密系统及其实现方法
KR20190094422A (ko) 양자 강화된 물리층 보안을 위한 장치 및 방법
EP3678306B1 (en) Apparatus and method for generating a key
JP6115387B2 (ja) 量子鍵配送用受信器及び単一光子検出器の使用方法
CN112702164B (zh) 一种基于轨道角动量的多用户双场qkd网络系统及方法
CN112702162B (zh) 基于离散态的一维连续变量量子密钥分发系统及其实现方法
CN112653545B (zh) 基于dfb激光器注入光功率键控的密钥分发系统
CN103532623A (zh) 基于偏振位移键控调制的光通信中继传输方法及系统
CN108696315B (zh) 一种基于高阶模的二进制空间混沌激光通信系统和控制方法
CN110880971B (zh) 基于啁啾的连续变量量子密钥分发方法及分发系统
CN113992323B (zh) 一种基于芯片的测量设备无关量子密钥分发系统及方法
Amaral et al. Characterization of depolarizing channels using two-photon interference
CN215344603U (zh) 一种连续变量量子密钥分发系统
CN216286639U (zh) 一种产生物理随机数的装置
CN220421837U (zh) 一种基于Sagnac环调制的多用户MDI-QKD系统
CN114679266A (zh) 基于轨道角动量编码的自由空间量子数字签名系统及方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20200807

Termination date: 20201228

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee