CN108650081A - 基于量子纠缠的信息传送方法、装置及系统 - Google Patents

基于量子纠缠的信息传送方法、装置及系统 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供一种基于量子纠缠的信息传送方法和系统。该方法包括:对信息发送端的第一光子组中光子和信息接收端的第二光子组中光子进行量子纠缠检测;若各光子均满足量子纠缠特性,根据所述本端的第三光子组中光子与所述信息接收端的第四光子组中光子之间的时间关联特性,将调制至所述第三光子组中光子上的待传送信息传送至所述信息接收端。本发明实现了无密钥的安全传输,避免了密钥在保存和管理中存在安全隐患的问题。

Description

基于量子纠缠的信息传送方法、装置及系统
技术领域
本发明实施例涉及视频技术领域,尤其涉及一种基于量子纠缠的信息传送方法、装置及系统。
背景技术
在国家经济和国防安全的通信中,通常涉及重要信息。这些信息的泄漏会可能会造成严重的经济损失或带来严重的安全隐患。因此,在通信中信息保密显得尤为总要。
随着计算机技术的不断发展,量子计算取得了突破性进展。由于量子计算可大大加快对基于经典密码学原理的传统加密手段的破解速度,加上量子保密通信技术利用量子力学的基本原理可实现物理上不可破解的保密通信,量子保密通信技术受到广发关注。
但基于量子密钥分发的保密通信技术的安全性依旧需要依赖密钥进行经典的加解密过程实现信息保密。因而,密钥的保存和管理过程中会存在安全隐患。
发明内容
本发明实施例提供一种基于量子纠缠的信息传送方法、装置及系统,用以解决现有技术中信息保密传送时密钥的保存和管理中存在安全隐患的问题。
根据本发明的第一方面,本发明实施例提供一种基于量子纠缠的信息传送方法,包括:对本端的第一光子组中光子和信息接收端的第二光子组中光子进行量子纠缠检测;若各光子均满足量子纠缠特性,根据所述本端的第三光子组中光子与所述信息接收端的第四光子组中光子之间的时间关联特性,将调制至所述第三光子组中光子上的待传送信息传送至所述信息接收端。
根据本发明的第二方面,本发明实施例提供一种基于量子纠缠的信息传送方法,包括:将本端的第二光子组对应的第二探测时刻组发送给所述信息发送端以供所述信息发送端根据第一光子组对应的第一探测时刻组和所述第二探测时刻组,对所述第一光子组中光子和所述第二光子组中光子进行量子纠缠检测;所述第一光子组中光子位于所述信息发送端;获取探测到第四光子组中每一光子的时刻,作为第四探测时刻组,并确定所述第四探测时刻组中每一时刻所在时间片的时间片编号,并作为第二时间片编号组;将所述第二时间片编号组发送给所述信息发送端,以供所述信息发送端在检测到所述第一光子组中光子和所述第二光子组中光子满足量子纠缠特性时,获取目标探测时间组并返回;所述目标探测时间为所述信息发送端将待传送信息调制至所述信息发送端的第三光子组中光子的频谱上得到目标光子组,然后根据所述目标光子组和所述第四光子组而得;根据所述目标探测时刻组和所述第四光子组对应的第四探测时刻组进行符合计数,获得所述待传送信息。
根据本发明的第三方面,本发明实施例提供一种基于量子纠缠的信息发送装置,包括:第一安全检测模块和信息发送模块;所述第一安全检测模块,用于对本端的第一光子组中光子和信息接收端的第二光子组中光子进行量子纠缠检测;所述信息发送模块,用于若各光子均满足量子纠缠特性,根据所述本端的第三光子组中光子与所述信息接收端的第四光子组中光子之间的时间关联特性,将调制至所述第三光子组中光子上的待传送信息传送至所述信息接收端。
根据本发明的第四方面,本发明实施例提供一种基于量子纠缠的信息接收装置,包括:第二安全检测模块和信息接收模块;所述第二安全检测模块,用于将本端的第二光子组对应的第二探测时刻组发送给所述信息发送端以供所述信息发送端根据第一光子组对应的第一探测时刻组和所述第二探测时刻组,对所述第一光子组中光子和所述第二光子组中光子进行量子纠缠检测;所述第一光子组中光子位于所述信息发送端;所述信息接收模块,用于获取探测到第四光子组中每一光子的时刻,作为第四探测时刻组,并确定所述第四探测时刻组中每一时刻所在时间片的时间片编号,并作为第二时间片编号组;还用于将所述第二时间片编号组发送给所述信息发送端,以供所述信息发送端在检测到所述第一光子组中光子和所述第二光子组中光子满足量子纠缠特性时,获取目标探测时间组并返回;所述目标探测时间为所述信息发送端将待传送信息调制至所述信息发送端的第三光子组中光子的频谱上得到目标光子组,然后根据所述目标光子组和所述第四光子组而得;还用于根据所述目标探测时刻组和所述第四光子组对应的第四探测时刻组进行符合计数,获得所述待传送信息。
根据本发明的第五方面,本发明实施例提供一种基于量子纠缠的信息传送系统,包括:如上所述的基于量子纠缠的信息发送装置和如上所述的基于量子纠缠的信息接收装置。
本发明实施例提供的基于量子纠缠的信息传送方法、装置及系统,通过对信息发送端的第一光子组中光子和信息接收端的第二光子组中光子进行量子纠缠检测以判断量子传输是否安全,若各光子均满足量子纠缠特性即量子传输安全,根据信息发送端的第三光子组中光子与信息接收端的第四光子组中光子之间的时间关联特性,将待传送信息从信息发送端传送至信息接收端,实现了无密钥的安全传输,从而避免了现有技术中基于密钥的保密传送过程中密钥的保存和管理中存在安全隐患的问题。
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一简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图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为本发明一种基于量子纠缠的信息传送方法流程图;
图2为本发明另一种基于量子纠缠的信息传送方法流程图;
图3为本发明实施例一的基于量子纠缠的信息传送系统示意图;
图4为本发明实施例一的安全检测干涉条纹结果;
图5为本发明实施例一的信息发送端的待传送图像信息;
图6为本发明实施例一的符合计数结果;
图7为本发明实施例一的信息接收端获得的图像信息。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,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作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。
如图1所示,本发明实施例提供一种基于量子纠缠的信息传送方法,包括:11、对本端的第一光子组中光子和信息接收端的第二光子组中光子进行量子纠缠检测;12、若各光子均满足量子纠缠特性,根据所述本端的第三光子组中光子与所述信息接收端的第四光子组中光子之间的时间关联特性,将调制至所述第三光子组中光子上的待传送信息传送至所述信息接收端。
在本实施例中,量子光源产生纠缠光子对。每个光子对随机选择用于安全检测或图像传送。每个光子对包括两个光子。其中,一个光子进入本端,另一光子进入信息接收端。第一光子组中光子为用于安全检测的各光子对中的一个光子。第二光子组中光子为用于安全检测的各光子对中的另一个光子。第三光子组中光子为用于信息传送的各光子对中的一个光子。第四光子组中光子为用于信息传送的各光子对中的另一个光子。通过对本端的第一光子组中光子和信息接收端的第二光子组中光子进行量子纠缠检测,可以判断第二光子是否存在被盗情况,进而确定当前信息传送环境是否安全。若各光子均满足量子纠缠特性,则说明第二光子不存在被盗情况,当前信息传送环境安全,可以进行信息传送。
在本实施例中,根据所述本端的第三光子组中光子与所述信息接收端的第四光子组中光子之间的时间关联特性,将调制至所述第三光子组中光子上的待传送信息传送至所述信息接收端,无需通过信道传送待传送信息,因而无需对待传送信息进行加密。由此,本发明便实现了无密钥的安全传送。
本发明实施例提供的基于量子纠缠的信息传送方法,通过对本端的第一光子组中光子和信息接收端的第二光子组中光子进行量子纠缠检测以判断量子传输是否安全,若各光子均满足量子纠缠特性即量子传输安全,根据本端的第三光子组中光子与信息接收端的第四光子组中光子之间的时间关联特性,将待传送信息从本端传送至信息接收端,实现了无密钥的安全传输,从而避免了现有技术中基于密钥的保密传送过程中密钥的保存和管理中存在安全隐患的问题。
作为一种可选实施例,所述对第一光子组中光子和第二光子组中光子进行量子纠缠检测,具体包括:与所述信息接收端时钟同步,并获取探测到所述第一光子组中每一光子的时刻,作为第一探测时刻组;获取所述第二光子组对应的第二探测时刻组;根据所述第一探测时刻组和所述第二探测时刻组,对所述第一光子组中光子和所述第二光子组中光子进行量子纠缠检测。
在本实施例中,由于纠缠光子对中的两个光子存在时间关联特性,因此,通过探测到所述第一光子组中每一光子的时刻和探测到所述第二光子组中每一光子的时刻,对所述第一光子组中光子和所述第二光子组中光子进行量子纠缠检测。
作为一种可选实施例,所述根据所述本端的第三光子组中光子与所述信息接收端的第四光子组中光子之间的时间关联特性,将调制至所述第三光子组中光子上的待传送信息传送至所述信息接收端之前还包括:将所述待传送信息调制至所述本端的第三光子组中光子的频谱上,得到目标光子组;获取探测到所述目标光子组中每一光子的时刻,作为第三探测时刻组,并确定所述第三探测时刻组中每一时刻所在时间片的时间片编号,并作为第一时间片编号组;获取所述第四光子组对应的第二时间片编号组,并获取所述第一时间片编号组和所述第二时间片编号组中相同的时间片编号,作为共同时间片编号组;将所述第三探测时刻组中位于所述共同时间片编号组中时间片编号对应时间片内的时刻作为目标探测时刻,得到目标探测时刻组。
在本实施例中,对目标光子组中光子进行探测的过程中将探测时间划分为等间隔的时间片并顺序编号,时间片的大小设定应保证大多数时间片内单光子探测事件不多于1个。将单光子探测事件的时间信息全部记录下来得到第三探测时间组,同时将单光子探测事件对应的时间片编号记录下来,得到第一时间片编号组。
作为一种可选实施例,所述根据所述本端的第三光子组中光子与所述信息接收端的第四光子组中光子之间的时间关联特性使所述信息接收端获取待传送信息,具体包括:将所述目标探测时刻组发送给所述信息接收端以供所述信息接收端根据所述目标探测时刻组和所述第四光子组对应的第四探测时刻组进行符合计数,获得所述待传送信息。
如图2所示,本发明实施例提供一种基于量子纠缠的信息传送方法,包括:21、将本端的第二光子组对应的第二探测时刻组发送给所述信息发送端以供所述信息发送端根据第一光子组对应的第一探测时刻组和所述第二探测时刻组,对所述第一光子组中光子和所述第二光子组中光子进行量子纠缠检测;所述第一光子组中光子位于所述信息发送端;22、获取探测到第四光子组中每一光子的时刻,作为第四探测时刻组,并确定所述第四探测时刻组中每一时刻所在时间片的时间片编号,并作为第二时间片编号组;23、将所述第二时间片编号组发送给所述信息发送端,以供所述信息发送端在检测到所述第一光子组中光子和所述第二光子组中光子满足量子纠缠特性时,获取目标探测时间组并返回;所述目标探测时间为所述信息发送端将待传送信息调制至所述信息发送端的第三光子组中光子的频谱上得到目标光子组,然后根据所述目标光子组和所述第四光子组而得;24、根据所述目标探测时刻组和所述第四光子组对应的第四探测时刻组进行符合计数,获得所述待传送信息。
在本实施例中,量子光源产生纠缠光子对。每个光子对随机选择用于安全检测或图像传送。每个光子对包括两个光子。其中,一个光子进入本端,另一光子进入信息接收端。第一光子组中光子为用于安全检测的各光子对中的一个光子。第二光子组中光子为用于安全检测的各光子对中的另一个光子。第三光子组中光子为用于信息传送的各光子对中的一个光子。第四光子组中光子为用于信息传送的各光子对中的另一个光子。
在本实施例中,对第四光子组中光子进行探测的过程中将探测时间划分为等间隔的时间片并顺序编号,时间片的大小与信息发送端时间片大小相同,且通过同步信道实现与信息发送端时间片的同步。将单光子探测事件的时间信息记录下来得到第四探测时间组,同时将单光子探测事件对应的时间片编号记录下来,得到第二时间片编号序列。
在本实施例中,根据所述第三光子组中光子与信息接收端的第四光子组中光子之间的时间关联特性,获取所述待传送信息,无需通过信道传送待传送信息,因而无需对待传送信息进行加密。由此,本发明便实现了无密钥的安全传送。
本发明实施例提供的基于量子纠缠的信息传送方法,通过将本端的第二光子组对应的第二探测时刻组发送给所述信息发送端以供所述信息发送端对所述第一光子组中光子和所述第二光子组中光子进行量子纠缠检测,获取第四光子组对应的第二时间片编号组,将所述第二时间片编号组发送给所述信息发送端,以供所述信息发送端在检测到所述第一光子组中光子和所述第二光子组中光子满足量子纠缠特性时,获取目标探测时间组并返回,根据所述目标探测时刻组和所述第四光子组对应的第四探测时刻组进行符合计数,获得所述待传送信息,实现了无密钥的安全传输,从而避免了现有技术中基于密钥的保密传送过程中密钥的保存和管理中存在安全隐患的问题。
作为一种可选实施例,所述将本端的第二光子组对应的第二探测时刻组发送给所述信息发送端之前还包括:
与所述信息发送端时钟同步,并获取探测到本端的第二光子组中每一光子的时刻,作为所述第二探测时刻组。
本发明实施例提供一种基于量子纠缠的信息发送装置,包括:第一安全检测模块和信息发送模块;所述第一安全检测模块,用于对本端的第一光子组中光子和信息接收端的第二光子组中光子进行量子纠缠检测;所述信息发送模块,用于若各光子均满足量子纠缠特性,根据所述本端的第三光子组中光子与所述信息接收端的第四光子组中光子之间的时间关联特性,将调制至所述第三光子组中光子上的待传送信息传送至所述信息接收端。
本发明实施例提供的基于量子纠缠的信息发送装置,通过第一安全检测模块,对本端的第一光子组中光子和信息接收端的第二光子组中光子进行量子纠缠检测以判断量子传输是否安全,通过信息发送模块,在各光子均满足量子纠缠特性即量子传输安全时,根据本端的第三光子组中光子与信息接收端的第四光子组中光子之间的时间关联特性,将待传送信息从本端传送至信息接收端,实现了无密钥的安全传输,从而避免了现有技术中基于密钥的保密传送过程中密钥的保存和管理中存在安全隐患的问题。
作为一种可选实施例,所述第一安全检测模块为用于富兰森双光子干涉测量的非平衡马赫曾德尔干涉仪,或用于非局域色散补偿测量的色散补偿模块。
本发明实施例提供一种基于量子纠缠的信息接收装置,包括:第二安全检测模块和信息接收模块;所述第二安全检测模块,用于将本端的第二光子组对应的第二探测时刻组发送给所述信息发送端以供所述信息发送端根据第一光子组对应的第一探测时刻组和所述第二探测时刻组,对所述第一光子组中光子和所述第二光子组中光子进行量子纠缠检测;所述第一光子组中光子位于所述信息发送端;所述信息接收模块,用于获取探测到第四光子组中每一光子的时刻,作为第四探测时刻组,并确定所述第四探测时刻组中每一时刻所在时间片的时间片编号,并作为第二时间片编号组;还用于将所述第二时间片编号组发送给所述信息发送端,以供所述信息发送端在检测到所述第一光子组中光子和所述第二光子组中光子满足量子纠缠特性时,获取目标探测时间组并返回;所述目标探测时间为所述信息发送端将待传送信息调制至所述信息发送端的第三光子组中光子的频谱上得到目标光子组,然后根据所述目标光子组和所述第四光子组而得;还用于根据所述目标探测时刻组和所述第四光子组对应的第四探测时刻组进行符合计数,获得所述待传送信息。
本发明实施例提供的基于量子纠缠的信息接收装置,通过第二安全检测模块,将本端的第二光子组对应的第二探测时刻组发送给所述信息发送端以供所述信息发送端对所述第一光子组中光子和所述第二光子组中光子进行量子纠缠检测,通过信息接收模块,获取第四光子组对应的第二时间片编号组,将所述第二时间片编号组发送给所述信息发送端,以供所述信息发送端在检测到所述第一光子组中光子和所述第二光子组中光子满足量子纠缠特性时,获取目标探测时间组并返回,根据所述目标探测时刻组和所述第四光子组对应的第四探测时刻组进行符合计数,获得所述待传送信息,实现了无密钥的安全传输,从而避免了现有技术中基于密钥的保密传送过程中密钥的保存和管理中存在安全隐患的问题。
本发明实施例提供一种基于量子纠缠的信息传送系统,包括:如上所述的基于量子纠缠的信息发送装置和如上所述的基于量子纠缠的信息接收装置。
本发明实施例提供的基于量子纠缠的信息传送系统,通过信息接收装置中第二安全检测模块将本端的第二光子组对应的第二探测时刻组发送给信息发送装置;信息发送装置中第一安全检测模块,对本端的第一光子组中光子和信息接收端的第二光子组中光子进行量子纠缠检测以判断量子传输是否安全;信息发送装置中信息发送模块,在各光子均满足量子纠缠特性即量子传输安全时,根据本端的第三光子组中光子与信息接收端的第四光子组中光子之间的时间关联特性,将待传送信息从本端传送至信息接收端,实现了无密钥的安全传输,从而避免了现有技术中基于密钥的保密传送过程中密钥的保存和管理中存在安全隐患的问题。
基于上述实施例,如图3所示,本发明实施例一提供一种基于量子纠缠的信息传送系统,包括:信息发送端31、信息接收端32、量子信道33、经典信道34和同步信道35;所述信息发送端31包括:量子光源311、第一安全检测模块312、图像发送模块313、第一经典通信模块314和第一时钟同步模块315;所述信息接收端32包括:第二安全检测模块321、图像接收模块322、第二经典通信模块323和第二时钟同步模块324。
在本实施例中,量子光源311包括泵浦光源以及非线性光学元件。非线性光学元件被泵浦光源激励并产生若干时间-能量纠缠的光子对。其中,泵浦光源为连续泵浦光源;非线性光学元件为产生二阶参量下转换效应的非线性光学晶体或产生三阶自发四波混频效应的非线性光波导。优选地,量子光源311采用连续激光泵浦和非线性纳米硅线波导,非线性纳米硅线波导被连续激光泵浦激励自发四波混频效应可产生具有宽谱频率关联特性的时间-能量纠缠光子对。其中,第一光子(1550±8nm)和第二光子(1510±8nm)的谱宽都约16nm,并且第一光子和第二光子的频率关联。每个光子对包括第一光子和第二光子。每个光子对随机选择用于安全检测或图像传送。用于安全检测的光子对中第一光子进入第一安全检测模块312,用于图像传送的光子对中第一光子进入图像发送模块313。用于安全检测的光子对中第二光子通过量子信道33传送到信息接收端32进入第二安全检测模块321,用于图像传送的光子对中第二光子通过量子信道33传送到信息接收端32进入图像接收模块322。
在本实施例中,第一安全检测模块312包括非局域色散补偿元件、非平衡马赫-曾德尔干涉仪、干涉仪相位调制器和单光子探测器。进入第一安全检测模块312的每个第一光子首先进入非局域色散补偿元件,与经过单模光纤信道即量子信道33的时间-能量纠缠的第二光子实现非局域色散补偿效应,随后经过非平衡马赫-曾德尔干涉仪进入单光子探测器。单光子探测器用于记录单光子事件的时间信息得到第一探测时间组。其中,非平衡马赫-曾德尔干涉仪的相位由干涉仪相位调制器调制。
在本实施例中,第二安全检测模块321包括非平衡马赫-曾德尔干涉仪、干涉仪相位调制器和单光子探测器。进入第二安全检测模块321的每个第二光子经过非平衡马赫-曾德尔干涉仪进入单光子探测器。单光子探测器用于记录单光子事件的时间信息得到第二探测时间组。其中,非平衡马赫-曾德尔干涉仪的相位由干涉仪相位调制器调制。其中,非平衡马赫-曾德尔干涉仪的相位由干涉仪相位调制器调制。
信息接收端32利用第二经典通信模块323通过经典信道34将第二探测时间组发送给信息发送端31。信息发送端31通过分析第一探测时间组和第二探测时间组实现时域符合测量。时域符合测量结果随双方干涉仪相位的变化形成了富兰森双光子干涉条纹,反映了光纤信道的安全性。本实施例的非平衡马赫-曾德尔干涉仪的臂长差为400ps。图4是一个典型的安全检测干涉条纹结果,它的对比度为86.9%±2.6%,大于经典-量子临界值的70.7%,因此图像发送方认为光纤信道是安全的,可以进行图像传送。
在本实施例中,图像发送模块313包括可调光学滤波器和单光子探测器。可调光滤波器为可实现可调光学滤波功能的器件,具体可以为液晶可调控型滤波器、微机械可调控型滤波器、薄膜可调滤波器、光栅可调滤波器或光纤光栅可调滤波器等。本实施例中可调光学滤波器为可编程滤波器。待传送信息可以为如图5所示的图像信息。可调光学滤波器对第一光子的调制范围为1544nm到1558nm,此频率调制范围被分成31等份。在每等份内第一光子通过或者被阻挡。因此,在图5的横向31个像素点上,绿点对应相应频率范围内第一光子通过,灰点对应相应频率范围内第一光子被阻挡。进入图像发送模块313的每个第一光子经过可调光学滤波器的频率调制到达单光子探测器。单光子探测器记录单光子事件的时间信息和时间片编号,得到第三探测时间组和第一时间片编号序列。
在本实施例中,图像接收模块322包括时间色散元件和单光子探测器。其中,时间色散元件可以为色散补偿光纤。在本实施例中,利用了标准通信单模光纤的群速度色散来进行单光子频率自由度向时间自由度的转换。标准通信单模光纤的群速度色散系数约为14ps/nm/km,根据第二光子的谱宽估计的展宽后的波包宽度为10ns。进入图像接收模块322的每个第二光子经过时间色散元件到达单光子探测器。时间色散元件改变不同频率的第二光子到达单光子探测器的时间。单光子探测器记录单光子事件的时间信息和时间片编号,得到第四探测时间组和第二时间片编号序列。
本实施例中单光子探测器均可以为基于雪崩二极管的单光子探测器或基于超导纳米线的单光子探测器。
图6是一个典型的符合计数结果,反映了信号光子被频率调制的情况,其中对应背景噪声强度的平均偶然复合计数值已经被减去。图7是针对图5中每排设置的频率调制信息进行符合计数处理后得到的整张二维图像。本实施例的结果说明了本发明的系统能够基于量子安全检测和量子纠缠成像,实现在光纤信道中图像的长距离安全传送。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于量子纠缠的信息传送方法,其特征在于,包括:
对本端的第一光子组中光子和信息接收端的第二光子组中光子进行量子纠缠检测;
若各光子均满足量子纠缠特性,根据所述本端的第三光子组中光子与所述信息接收端的第四光子组中光子之间的时间关联特性,将调制至所述第三光子组中光子上的待传送信息传送至所述信息接收端。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述对第一光子组中光子和第二光子组中光子进行量子纠缠检测,具体包括:
与所述信息接收端时钟同步,并获取探测到所述第一光子组中每一光子的时刻,作为第一探测时刻组;
获取所述第二光子组对应的第二探测时刻组;
根据所述第一探测时刻组和所述第二探测时刻组,对所述第一光子组中光子和所述第二光子组中光子进行量子纠缠检测。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述根据所述本端的第三光子组中光子与所述信息接收端的第四光子组中光子之间的时间关联特性,将调制至所述第三光子组中光子上的待传送信息传送至所述信息接收端之前还包括:
将所述待传送信息调制至所述本端的第三光子组中光子的频谱上,得到目标光子组;
获取探测到所述目标光子组中每一光子的时刻,作为第三探测时刻组,并确定所述第三探测时刻组中每一时刻所在时间片的时间片编号,并作为第一时间片编号组;
获取所述第四光子组对应的第二时间片编号组,并获取所述第一时间片编号组和所述第二时间片编号组中相同的时间片编号,作为共同时间片编号组;
将所述第三探测时刻组中位于所述共同时间片编号组中时间片编号对应时间片内的时刻作为目标探测时刻,得到目标探测时刻组。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述根据所述本端的第三光子组中光子与所述信息接收端的第四光子组中光子之间的时间关联特性使所述信息接收端获取待传送信息,具体包括:
将所述目标探测时刻组发送给所述信息接收端以供所述信息接收端根据所述目标探测时刻组和所述第四光子组对应的第四探测时刻组进行符合计数,获得所述待传送信息。
5.一种基于量子纠缠的信息传送方法,其特征在于,包括:
将本端的第二光子组对应的第二探测时刻组发送给所述信息发送端以供所述信息发送端根据第一光子组对应的第一探测时刻组和所述第二探测时刻组,对所述第一光子组中光子和所述第二光子组中光子进行量子纠缠检测;所述第一光子组中光子位于所述信息发送端;
获取探测到第四光子组中每一光子的时刻,作为第四探测时刻组,并确定所述第四探测时刻组中每一时刻所在时间片的时间片编号,并作为第二时间片编号组;
将所述第二时间片编号组发送给所述信息发送端,以供所述信息发送端在检测到所述第一光子组中光子和所述第二光子组中光子满足量子纠缠特性时,获取目标探测时间组并返回;所述目标探测时间为所述信息发送端将待传送信息调制至所述信息发送端的第三光子组中光子的频谱上得到目标光子组,然后根据所述目标光子组和所述第四光子组而得;
根据所述目标探测时刻组和所述第四光子组对应的第四探测时刻组进行符合计数,获得所述待传送信息。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述将本端的第二光子组对应的第二探测时刻组发送给所述信息发送端之前还包括:
与所述信息发送端时钟同步,并获取探测到本端的第二光子组中每一光子的时刻,作为所述第二探测时刻组。
7.一种基于量子纠缠的信息发送装置,其特征在于,包括:第一安全检测模块和信息发送模块;
所述第一安全检测模块,用于对本端的第一光子组中光子和信息接收端的第二光子组中光子进行量子纠缠检测;
所述信息发送模块,用于若各光子均满足量子纠缠特性,根据所述本端的第三光子组中光子与所述信息接收端的第四光子组中光子之间的时间关联特性,将调制至所述第三光子组中光子上的待传送信息传送至所述信息接收端。
8.根据权利要求7所述的装置,其特征在于,所述第一安全检测模块为用于富兰森双光子干涉测量的非平衡马赫曾德尔干涉仪,或用于非局域色散补偿测量的色散补偿模块。
9.一种基于量子纠缠的信息接收装置,其特征在于,包括:第二安全检测模块和信息接收模块;
所述第二安全检测模块,用于将本端的第二光子组对应的第二探测时刻组发送给所述信息发送端以供所述信息发送端根据第一光子组对应的第一探测时刻组和所述第二探测时刻组,对所述第一光子组中光子和所述第二光子组中光子进行量子纠缠检测;所述第一光子组中光子位于所述信息发送端;
所述信息接收模块,用于获取探测到第四光子组中每一光子的时刻,作为第四探测时刻组,并确定所述第四探测时刻组中每一时刻所在时间片的时间片编号,并作为第二时间片编号组;还用于将所述第二时间片编号组发送给所述信息发送端,以供所述信息发送端在检测到所述第一光子组中光子和所述第二光子组中光子满足量子纠缠特性时,获取目标探测时间组并返回;所述目标探测时间为所述信息发送端将待传送信息调制至所述信息发送端的第三光子组中光子的频谱上得到目标光子组,然后根据所述目标光子组和所述第四光子组而得;还用于根据所述目标探测时刻组和所述第四光子组对应的第四探测时刻组进行符合计数,获得所述待传送信息。
10.一种基于量子纠缠的信息传送系统,其特征在于,包括:如权利要求7或8所述的基于量子纠缠的信息发送装置和如权利要求9所述的基于量子纠缠的信息接收装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110880971A (zh) * 2019-11-22 2020-03-13 中南大学 基于啁啾的连续变量量子密钥分发方法及分发系统
CN112541590A (zh) * 2020-12-10 2021-03-23 北京百度网讯科技有限公司 量子纠缠探测方法、装置、电子设备及存储介质
JP2021118520A (ja) * 2020-01-29 2021-08-10 学校法人日本大学 量子画像伝送システム

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101394269A (zh) * 2008-08-07 2009-03-25 清华大学 用量子态注入增强与量子直接安全通信的远距离通信方法
JP2013038590A (ja) * 2011-08-08 2013-02-21 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 量子もつれ生成システム、量子もつれ生成方法
CN104104500A (zh) * 2013-04-02 2014-10-15 华为技术有限公司 一种量子保密传输的方法和装置
CN104752944A (zh) * 2015-04-07 2015-07-01 中国科学技术大学 一种窄线宽高维度量子纠缠光源产生装置
CN104967824A (zh) * 2015-06-30 2015-10-07 清华大学 基于量子鬼像及单模光纤的图像传送系统
US20160356917A1 (en) * 2015-06-08 2016-12-08 Halliburton Energy Services, Inc. Chemical sensing using quantum entanglement between photons
CN107707349A (zh) * 2017-10-31 2018-02-16 大连海事大学 基于量子纠缠交换的无人船密钥分发协议

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101394269A (zh) * 2008-08-07 2009-03-25 清华大学 用量子态注入增强与量子直接安全通信的远距离通信方法
JP2013038590A (ja) * 2011-08-08 2013-02-21 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 量子もつれ生成システム、量子もつれ生成方法
CN104104500A (zh) * 2013-04-02 2014-10-15 华为技术有限公司 一种量子保密传输的方法和装置
CN104752944A (zh) * 2015-04-07 2015-07-01 中国科学技术大学 一种窄线宽高维度量子纠缠光源产生装置
US20160356917A1 (en) * 2015-06-08 2016-12-08 Halliburton Energy Services, Inc. Chemical sensing using quantum entanglement between photons
CN104967824A (zh) * 2015-06-30 2015-10-07 清华大学 基于量子鬼像及单模光纤的图像传送系统
CN107707349A (zh) * 2017-10-31 2018-02-16 大连海事大学 基于量子纠缠交换的无人船密钥分发协议

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110880971A (zh) * 2019-11-22 2020-03-13 中南大学 基于啁啾的连续变量量子密钥分发方法及分发系统
JP2021118520A (ja) * 2020-01-29 2021-08-10 学校法人日本大学 量子画像伝送システム
JP7412745B2 (ja) 2020-01-29 2024-01-15 学校法人日本大学 量子画像伝送システム
CN112541590A (zh) * 2020-12-10 2021-03-23 北京百度网讯科技有限公司 量子纠缠探测方法、装置、电子设备及存储介质

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