CN108696352B - 连续变量测量设备无关的量子密钥分发系统及其实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种连续变量测量设备无关的量子密钥分发系统及其实现方法，量子密钥发送端先向量子密钥接收端发送相位参考信号用于替代本振光，量子密钥接收端对接收到的相位参考信号进行零差检测，根据测量结果，量子密钥接收端对量子信号进行相位补偿，随后量子密钥发送端和量子密钥接收端向量子密钥检测端发送量子信号，量子密钥测量端对接收到的量子信号进行零差检测，其零差检测所需的本振光由本地产生，检测结果通过经典信道发送给量子密钥发送端和量子密钥测量端。本发明解决了本振光信号在信道传输中容易被攻击的安全漏洞，此外检测过程放到第三方能防止针对探测器的攻击，从而提高了连续变量量子密钥分发系统的实际安全性。

Description

连续变量测量设备无关的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，涉及一种基于本地本振的连续变量测量设备无关的量子密钥分发系统及其实现方法。
背景技术
量子密钥分发能确保合法通信双方在量子信道遭遇窃听者监听时仍然能安全共享密钥，其理论安全性由量子力学的海森堡测不准原理和量子不可克隆定理保证。当前量子密钥分发有两大分支，一个是基于单光子检测的离散变量量子密钥分发，另一个则是基于相干检测的连续变量量子密钥分发。与离散变量量子密钥分发协议相比，在连续变量量子密钥分发协议中，量子态的制备更加容易，不需要昂贵的单光子检测器，可以利用现有的高效低成本的零差和外差检测技术，此外，续变量量子密钥分发可利用现有的标准光纤通信系统，这使得续变量量子密钥分发协议更容易实现商业化。
虽然连续变量量子密钥理论上的无条件安全性得到了证明，然而，其实际安全性与理论安全性有这较大鸿沟，在连续变量量子密钥分发系统实际运行时，其系统设备上的缺陷都会降低它的实际安全性。例如，本振光是连续变量量子密钥用于传递相位参考的经典光，因而它很容易被第三方攻击，通过对本振光的拦截、篡改，攻击者很容易在合法通信双方不知晓的情况下获取密钥，甚至可以通过攻击本振光控制通信双方的通信设备，从而大幅度降低连续变量量子密钥分发的安全性。因此，如何防止窃听者攻击本振光十分重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种连续变量测量设备无关的量子密钥分发系统，以实现量子密钥发送端不再发送本振光，并且测量过程放到第三方，有效抵御针对本振光的攻击。
本发明的另一目的是，提供一种连续变量测量设备无关的量子密钥分发系统的实现方法。
本发明所采用的技术方案是，连续变量测量设备无关的量子密钥分发系统，包括：
量子密钥发送端，用于制备和发送相位参考信号来替代本振光，并制备和调制量子信号后通过量子信道将量子信号发送至量子密钥检测端；
量子密钥接收端，用于检测量子密钥发送端发送来的相位参考信号，并制备和调制量子信号后通过量子信道将量子信号发送至量子密钥检测端；
量子密钥检测端，将接收的量子密钥发送端与量子密钥接收端量子信号进行混合后进行零差检测，并通过经典信道发送检测结果给量子密钥发送端和量子密钥接收端。
所述量子密钥发送端，包括：
发送端脉冲激光器，用于产生脉冲相干光并发送至发送端电光强度调制器；
发送端电光强度调制器，用于生成相位参考信号后发送至接收端零差检测器，并生成发送端幅度调制信号后发送至发送端电光相位调制器；
发送端电光相位调制器，用于对发送端幅度调制信号进行相位调制，生成发送端相位调制信号并发送至发送端可调衰减器；
发送端可调衰减器，用于对发送端相位调制信号能量衰减至量子水平，生成发送端量子信号并发送至分束器；
发送端FPGA信号生成卡，用于生成用于调制光场强度的瑞利分布模拟信号和用于调制光场相位的均匀分布模拟信号，然后将瑞利分布模拟信号发送至发送端电光强度调制器，将均匀分布模拟信号发送至发送端电光相位调制器；
发送端FPGA数据采集卡，用于接收零差探测器的零差检测结果。
所述量子密钥接收端，包括：
接收端脉冲激光器，用于产生脉冲相干光后发送至接收端电光强度调制器，同时将脉冲相干光作为接收端零差探测器的本振光；
接收端零差探测器，用于对相位参考信号进行零差检测，并将零差检测结果发送给接收端电光相位调制器；
接收端电光强度调制器，根据接收端FPGA信号生成卡生成的模拟信号对脉冲相干光进行幅度调制，生成接收端幅度调制信号并发送至接收端电光相位调制器；
接收端电光相位调制器，用于对接收端幅度调制信号进行相位调制，生成接收端相位调制信号并发送至接收端可调衰减器；
接收端可调衰减器，用于将接收端相位调制信号能量衰减至量子水平，生成接收端量子信号并发送至分束器；
接收端FPGA信号生成卡，用于生成用于调制光场强度的瑞利分布模拟信号和用于调制光场相位的均匀分布模拟信号，然后将瑞利分布模拟信号发送至接收端电光强度调制器，将均匀分布模拟信号发送至接收端电光相位调制器；
接收端FPGA数据采集卡，接收零差探测器的检测结果。
所述量子密钥检测端，包括：
分束器，用于将量子密钥发送端的发送端量子信号和量子密钥接收端的接收端量子信号进行混合，生成两路混合信号并发送至检测端零差探测器；
检测端零差探测器，用于对分束器混合后的两路混合信号进行零差检测，并将零差检测结果发送至发送端FPGA数据采集卡和接收端FPGA数据采集卡；
检测端脉冲激光器，用于为检测端零差探测器提供本振光。
所述发送端脉冲激光器采用OPG1015皮秒光脉冲发生器；所述发送端电光相位调制器采用MPZ-LN-10；所述发送端FPGA信号生成卡和发送端FPGA数据采集卡采用VC707。
所述接收端脉冲激光器采用OPG1015皮秒光脉冲发生器；所述接收端零差探测器采用PDA435A平衡放大光电探测器；所述接收端电光相位调制器采用MPZ-LN-10；所述接收端FPGA信号生成卡和接收端FPGA数据采集卡采用VC707。
所述检测端零差探测器采用PDA435A平衡放大光电探测器；所述检测端脉冲激光器采用OPG1015皮秒光脉冲发生器。
所述量子信道为单模光纤或自由空间形成的传输媒介；经典信道为经典无线、有线或光纤形成的传输媒介。
连续变量测量设备无关的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，发送端脉冲激光器生成脉冲相干光，并将其发送至发送端电光强度调制器进行降幅调制生成相位参考信号后，通过量子信道发送相位参考信号至接收端零差探测器，进行零差检测，零差检测所需本振光由接收端脉冲激光器产生；
步骤二：在量子密钥发送端，发送端脉冲激光器生成脉冲相干光，经由发送端电光强度调制器进行幅度调制，生成发送端幅度调制信号后发送至发送端电光相位调制器进行相位调制，生成发送端相位调制信号并发送至发送端可调衰减器，将发送端相位调制信号能量衰减至量子水平生成发送端量子信号；同时，在量子密钥接收端，接收端脉冲激光器生成脉冲相干光，经由接收端电光强度调制器进行幅度调制，生成接收端幅度调制信号后发送至接收端电光相位调制器进行相位调制，在进行相位调制时根据步骤一中的接收端零差探测器的零差检测结果进行相位补偿，生成接收端相位调制信号并发送至接收端可调衰减器，将接收端相位调制信号能量衰减至量子水平生成接收端量子信号，最后发送端可调衰减器和接收端可调衰减器同时将各自生成的量子信号发送给量子密钥检测端；
步骤三：在量子密钥检测端，分束器将发送端可调衰减器和接收端可调衰减器发送的相应量子信号进行混合，生成两路混合信号并发送至检测端零差探测器进行零差检测，该零差检测所需本振光由检测端脉冲激光器产生，检测结果通过经典信道分别发送给发送端FPGA数据采集和接收端FPGA数据采集卡；
步骤四：量子密钥发送端和量子密钥接收端根据接收到的检测端零差探测器的零差检测结果进行密钥协商、隐私放大等后处理步骤。
所述接收端零差探测器的零差检测结果进行相位补偿，具体步骤如下：
步骤10.1：建立量子密钥发送端的相位参考坐标系和量子密钥接收端的相位参考坐标系；PA-QA坐标系为量子密钥发送端的相位参考坐标系，PB-QB坐标系为量子密钥接收端的相位参考坐标系，纵坐标P表示信号幅度，横坐标Q表示信号相位，二者偏离角度为θ；
步骤10.2：量子密钥接收端对原始幅度为qAR的相位参考信号进行零差探测，测出相位参考信号幅度为PBR、相位为qBR；
步骤10.3：根据三角几何关系利用PBR、qBR、qAR求出θ；
步骤10.4：量子密钥接收端将接收端量子信号的初始调制相位减去量子密钥发送端和量子密钥接收端的相位参考坐标系偏离角度θ作为最终调制相位，对幅度调制信号进行相位调制，确保量子密钥接收端所发送的量子信号的相位参考与量子密钥发送端的一致。
本发明的有益效果是，基于本地本振的连续变量测量设备无关的量子密钥分发系统及其实现方法，其量子密钥发送端不再向量子密钥接收端传输本振光而是改为发送幅度弱很多的相位参考信号，量子密钥接收端通过对相位参考信号进行测量就能计算出二者相位参考框架的偏离从而在进行相位调制时可进行相位补偿来确保所发送的量子信号的相位参考与量子密钥发送端的一致，此外量子密钥发送端或量子密钥接收端不需要向量子密钥检测端发送本振光，量子密钥检测端进行零差检测所需的本振光可由本地激光器产生。本发明不再通过信道传输高强度的本振光，解决了连续变量量子密钥分发过程中本振光容易被攻击的安全漏洞，此外，量子信号的测量过程被放到第三方进行，可用来防范针对探测器的攻击。
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是本发明实施例结构框图；
图2是本发明实施例的量子密钥发送端，量子密钥接收端和量子密钥检测端原理图。
图中，1.量子密钥发送端，2.量子密钥接收端，3.量子密钥检测端，1-1.发送端脉冲激光器，1-2.发送端电光强度调制器，1-3.发送端电光相位调制器，1-4.发送端可调衰减器，1-5.发送端FPGA信号生成卡，1-6.发送端FPGA数据采集卡，2-1.接收端脉冲激光器，2-2.接收端零差探测器，2-3.接收端电光强度调制器，2-4.接收端电光相位调制器，2-5.接收端可调衰减器，2-6.接收端FPGA（现场可编程门阵列）信号生成卡，2-7.接收端FPGA数据采集卡，3-1.分束器，3-2.检测端零差探测器，3-3.检测端脉冲激光器。
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。
基于本地本振的连续变量测量设备无关的量子密钥分发系统，如图1-2所示，包括：
量子密钥发送端1，用于制备和发送相位参考信号来替代本振光；用于制备和调制量子信号，并将量子信号通过量子信道发送至量子密钥检测端3；
量子密钥接收端2，用于检测量子密钥发送端（1）发送来的相位参考信号；同时制备和调制量子信号，并将量子信号通过量子信道发送至量子密钥检测端3；
量子密钥检测端3，将接收的量子密钥发送端（1）与量子密钥接收端（2）量子信号进行混合后进行零差检测，并将检测结果发送给量子密钥发送端1和量子密钥接收端2；
发送端脉冲激光器1-1，用于产生脉冲相干光并发送至发送端电光强度调制器；
发送端电光强度调制器1-2，用于生成相位参考信号及发送端幅度调制信号光；对脉冲相干光进行降幅调制，生成相位参考信号发送至接收端零差检测器2-2，然后根据发送端FPGA信号生成卡1-5生成的模拟信号对脉冲相干光进行幅度调制，生成发送端幅度调制信号光发送至发送端电光相位调制器1-3；
发送端电光相位调制器1-3，用于对发送端幅度调制信号光进行相位调制，生成发送端相位调制信号光发送至发送端可调衰减器1-4；
发送端可调衰减器1-4，用于对发送端相位调制信号光能量衰减至量子水平，生成发送端量子信号并发送给分束器3-1。
发送端FPGA信号生成卡1-5，用于生成用于调制光场强度的瑞利分布模拟信号和用于调制光场相位的均匀分布模拟信号，然后将瑞利分布模拟信号发送至发送端电光强度调制器，将均匀分布模拟信号发送至发送端电光相位调制器；
发送端FPGA数据采集卡1-6，用于接收检测端零差探测器3-2的检测结果，量子密钥发送端1根据该检测结果与密钥接收端2进行密钥协商、隐私放大等后处理步骤。
接收端FPGA信号生成卡，用于生成用于调制光场强度的瑞利分布模拟信号和用于调制光场相位的均匀分布模拟信号，然后将瑞利分布模拟信号发送至接收端电光强度调制器，将均匀分布模拟信号发送至接收端电光相位调制器；
接收端脉冲激光器2-1，用于产生脉冲相干光后发送至接收端电光强度调制器2-3，同时将脉冲相干光作为接收端零差探测器2-2的本振光；
接收端零差探测器2-2，用于对相位参考信号进行零差检测，并将零差检测结果发送给接收端电光相位调制器2-4；
接收端电光强度调制器2-3，根据接收端FPGA信号生成卡2-6生成的模拟信号对脉冲相干光进行幅度调制，生成接收端幅度调制信号光发送至接收端电光相位调制器2-4；
接收端电光相位调制器2-4，用于对接收端幅度调制信号光进行相位调制，生成接收端相位调制信号光发送至接收端可调衰减器2-5，相位调制时根据接收端零差探测器2-2的零差检测结果计算出量子密钥发送端相位参考框架与量子密钥接收端相位参考框架的偏离从而进行相位补偿，如说明书附图3所示，PA-QA坐标系表示量子密钥发送端的相位参考坐标系，PB-QB坐标系表示量子密钥接收端的相位参考坐标系，二者偏离角度为θ，横坐标Q表示信号相位，纵坐标P表示信号幅度。量子密钥接收端对原始相位为qAR的相位参考信号（灰点）进行零差探测，测出幅度为PBR，相位为qBR，根据qAR、PBR、qBR和几何关系可以求出二者偏离框架θ；当量子密钥接收端进行相位调制时，将接收端幅度调制信号的初始调制相位减去偏离角度θ作为最终调制相位，来确保量子密钥接收端2所发送的量子信号的相位参考与量子密钥发送端的一致；本振光在进行零差检测时，由于二者不是同一个激光源，本地本振光与发送端传输过来本振光所提供的相位参考坐标系同样存在偏离，其零差检测的结果与原始量子信号的幅度和相位存在如图3黑点所描述的几何关系。
接收端可调衰减器2-5，用于将接收端相位调制信号光能量衰减至量子水平，生成接收端量子信号并发送至分束器3-1；
接收端FPGA信号生成卡2-6，用于生成用于调制光场强度的瑞利分布模拟信号和用于调制光场相位的均匀分布模拟信号，然后将瑞利分布模拟信号发送至接收端电光强度调制器，将均匀分布模拟信号发送至接收端电光相位调制器；
接收端FPGA数据采集卡2-7，接收检测端零差探测器3-2的检测结果后，量子密钥接收端根据该检测结果与密钥发送端进行密钥协商、隐私放大等处理。
量子密钥检测端3，包括：
分束器3-1，用于对量子密钥发送端1的发送端量子信号和量子密钥接收端2的接收端量子信号进行混合，生成两路混合信号并发送至检测端零差探测器3-2；
检测端零差探测器3-2：用于对分束器3-1混合后的信号光进行零差检测并将零差检测结果发送给发送端FPGA数据采集卡1-6和接收端FPGA数据采集卡2-7；
检测端脉冲激光器3-3，用于为检测端零差探测器3-2提供本振光。
发送端脉冲激光器1-1、接收端脉冲激光器2-1及检测端脉冲激光器3-3均采用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。
发送端电光强度调制器1-2与接收端电光强度调制器2-3均采用Photoline MX-LN-10，具有高消光比（>20dB）、低损耗（2.5dB）、高带宽（10GHz）的特点。
发送端电光相位调制器1-3和接收端电光相位调制器2-4型号均为MPZ-LN-10，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。
接收端零差探测器2-2和检测端零差探测器3-2均采用Thorlabs PDA435A平衡放大光电探测器，共模抑制比大于20 Db,带宽可达350 MHz。
发送端FPGA信号生成卡1-5、发送端FPGA数据采集卡1-6、接收端FPGA信号生成卡2-6和接收端FPGA数据采集卡2-7均采用Xilinx VC707，具有两路DA输出和一路AD输入，均可以达到最高5 GSa/s的采样率。
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。
本发明基于本地本振的连续变量测量设备无关的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1，发送端脉冲激光器1-1生成相干脉冲光，并经由发送端电光强度调制器1-2进行降幅调制生成相位参考信号，通过量子信道发送相位参考信号至接收端零差探测器2-2，进行零差检测，零差检测所需本振光由接收端脉冲激光器2-1产生；
步骤二：在量子密钥发送端1，发送端脉冲激光器1-1生成相干脉冲光，经由发送端电光强度调制器1-2进行幅度调制，再经过发送端电光相位调制器1-3进行相位调制，随后，将调制好的信号送入发送端可调衰减器1-4生成量子信号；同时，在量子密钥接收端2，接收端脉冲激光器2-1生成相干脉冲光，经由接收端电光强度调制器2-2进行强度调制后，发送至接收端电光相位调制器2-4进行相位调制，在进行相位调制时根据步骤一中的测量结果进行相位补偿，随后将调制好的信号送入接收端可调衰减器2-5生成量子信号；最后发送端可调衰减器1-4和接收端可调衰减器2-5同时将量子信号发送给量子密钥检测端3；
步骤三：在量子密钥检测端3，分束器3-1将发送端可调衰减器1-4和接收端可调衰减器2-5发送的量子信号进行混合，生成两路混合信号并送入检测端零差探测器3-2进行零差检测，该零差检测所需本振光由检测端脉冲激光器3-3产生，检测结果通过经典信道分别发送给发送端FPGA数据采集卡1-6和接收端FPGA数据采集卡2-7；
步骤四：量子密钥发送端1和量子密钥接收端2根据接收到的检测端零差探测器3-2的检测结果进行密钥协商、隐私放大等后处理步骤。
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。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
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 (10)

1.连续变量测量设备无关的量子密钥分发系统，其特征在于，包括：
量子密钥发送端（1），用于制备和发送相位参考信号来替代本振光，并制备和调制量子信号后通过量子信道将量子信号发送至量子密钥检测端（3）；
量子密钥接收端（2），用于检测量子密钥发送端（1）发送来的相位参考信号，并制备和调制量子信号后通过量子信道将量子信号发送至量子密钥检测端（3）；
量子密钥检测端（3），将接收的量子密钥发送端（1）与量子密钥接收端（2）的量子信号进行混合后进行零差检测，并通过经典信道发送检测结果给量子密钥发送端（1）和量子密钥接收端（2）。
2.根据权利要求1所述的连续变量测量设备无关的量子密钥分发系统，其特征在于，所述量子密钥发送端（1），包括：
发送端脉冲激光器（1-1），用于产生脉冲相干光并发送至发送端电光强度调制器（1-2）；
发送端电光强度调制器（1-2），用于生成相位参考信号后发送至接收端零差检测器（2-2），并生成发送端幅度调制信号后发送至发送端电光相位调制器（1-3）；
发送端电光相位调制器（1-3），用于对发送端幅度调制信号进行相位调制，生成发送端相位调制信号并发送至发送端可调衰减器（1-4）；
发送端可调衰减器（1-4），用于对发送端相位调制信号能量衰减至量子水平，生成发送端量子信号并发送至分束器（3-1）；
发送端FPGA信号生成卡（1-5），用于生成用于调制光场强度的瑞利分布模拟信号和用于调制光场相位的均匀分布模拟信号，然后将瑞利分布模拟信号发送至发送端电光强度调制器（1-2），将均匀分布模拟信号发送至发送端电光相位调制器（1-3）；
发送端FPGA数据采集卡（1-6），用于接收检测端零差探测器（3-2）的零差检测结果。
3.根据权利要求1所述的连续变量测量设备无关的量子密钥分发系统，其特征在于，所述量子密钥接收端（2），包括：
接收端脉冲激光器（2-1），用于产生脉冲相干光后发送至接收端电光强度调制器（2-3），同时将脉冲相干光作为接收端零差探测器（2-2）的本振光；
接收端零差探测器（2-2），用于对相位参考信号进行零差检测，并将零差检测结果发送给接收端电光相位调制器（2-4）；
接收端电光强度调制器（2-3），根据接收端FPGA信号生成卡（2-6）生成的模拟信号对脉冲相干光进行幅度调制，生成接收端幅度调制信号并发送至接收端电光相位调制器（2-4）；
接收端电光相位调制器（2-4），用于对接收端幅度调制信号进行相位调制，生成接收端相位调制信号并发送至接收端可调衰减器（2-5）；
接收端可调衰减器（2-5），用于将接收端相位调制信号能量衰减至量子水平，生成接收端量子信号并发送至分束器（3-1）；
接收端FPGA信号生成卡（2-6），用于生成用于调制光场强度的瑞利分布模拟信号和用于调制光场相位的均匀分布模拟信号，然后将瑞利分布模拟信号发送至接收端电光强度调制器（2-3），将均匀分布模拟信号发送至接收端电光相位调制器（2-4）；
接收端FPGA数据采集卡（2-7），接收检测端零差探测器（3-2）的检测结果。
4.根据权利要求1所述的连续变量测量设备无关的量子密钥分发系统，其特征在于，所述量子密钥检测端（3），包括：
分束器（3-1），用于将量子密钥发送端（1）的发送端量子信号和量子密钥接收端（2）的接收端量子信号进行混合，生成两路混合信号并发送至检测端零差探测器（3-2）；
检测端零差探测器（3-2），用于对分束器（3-1）混合后的两路混合信号进行零差检测，并将零差检测结果发送至发送端FPGA数据采集卡（1-6）和接收端FPGA数据采集卡（2-7）；
检测端脉冲激光器（3-3），用于为检测端零差探测器（3-2）提供本振光。
5.根据权利要求2所述的连续变量测量设备无关的量子密钥分发系统，其特征在于，所述发送端脉冲激光器（1-1）采用OPG1015皮秒光脉冲发生器；所述发送端电光相位调制器（1-3）采用MPZ-LN-10；所述发送端FPGA信号生成卡（1-5）和发送端FPGA数据采集卡（1-6）采用VC707。
6.根据权利要求3所述的连续变量测量设备无关的量子密钥分发系统，其特征在于，所述接收端脉冲激光器（2-1）采用OPG1015皮秒光脉冲发生器；所述接收端零差探测器（2-2）采用PDA435A平衡放大光电探测器；所述接收端电光相位调制器（2-4）采用MPZ-LN-10；所述接收端FPGA信号生成卡（2-6）和接收端FPGA数据采集卡（2-7）采用VC707。
7.根据权利要求4所述的连续变量测量设备无关的量子密钥分发系统，其特征在于，所述检测端零差探测器（3-2）采用PDA435A平衡放大光电探测器；所述检测端脉冲激光器（3-3）采用OPG1015皮秒光脉冲发生器。
8.根据权利要求1所述的连续变量测量设备无关的量子密钥分发系统，其特征在于，所述量子信道为单模光纤或自由空间形成的传输媒介；经典信道为经典无线、有线或光纤形成的传输媒介。
9.如权利要求1~8任意一项所述的连续变量测量设备无关的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（1），发送端脉冲激光器（1-1）生成脉冲相干光，并将其发送至发送端电光强度调制器（1-2）进行降幅调制生成相位参考信号后，通过量子信道发送相位参考信号至接收端零差探测器（2-2），进行零差检测，零差检测所需本振光由接收端脉冲激光器（2-1）产生；
步骤二：在量子密钥发送端（1），发送端脉冲激光器（1-1）生成脉冲相干光，经由发送端电光强度调制器（1-2）进行幅度调制，生成发送端幅度调制信号后发送至发送端电光相位调制器（1-3）进行相位调制，生成发送端相位调制信号并发送至发送端可调衰减器（1-4），将发送端相位调制信号能量衰减至量子水平生成发送端量子信号；同时，在量子密钥接收端（2），接收端脉冲激光器（2-1）生成脉冲相干光，经由接收端电光强度调制器（2-3）进行幅度调制，生成接收端幅度调制信号后发送至接收端电光相位调制器（2-4）进行相位调制，在进行相位调制时根据步骤一中的接收端零差探测器（2-2）的零差检测结果进行相位补偿，生成接收端相位调制信号并发送至接收端可调衰减器（2-5），将接收端相位调制信号能量衰减至量子水平生成接收端量子信号，最后发送端可调衰减器（1-4）和接收端可调衰减器（2-5）同时将各自生成的量子信号发送给量子密钥检测端（3）；
步骤三：在量子密钥检测端（3），分束器（3-1）将发送端可调衰减器（1-4）和接收端可调衰减器（2-5）发送的相应量子信号进行混合，生成两路混合信号并发送至检测端零差探测器（3-2）进行零差检测，该零差检测所需本振光由检测端脉冲激光器（3-3）产生，检测结果通过经典信道分别发送给发送端FPGA数据采集（1-6）和接收端FPGA数据采集卡（2-7）；
步骤四：量子密钥发送端（1）和量子密钥接收端（2）根据接收到的检测端零差探测器（3-2）的零差检测结果进行密钥协商、隐私放大后处理步骤。
10.根据权利要求9所述的连续变量测量设备无关的量子密钥分发系统的控制方法，其特征在于，所述接收端零差探测器（2-2）的零差检测结果进行相位补偿，具体步骤如下：
步骤10.1：建立量子密钥发送端（1）的相位参考坐标系和量子密钥接收端（2）的相位参考坐标系， PA-QA坐标系为量子密钥发送端（1）的相位参考坐标系，PB-QB坐标系为量子密钥接收端（2）的相位参考坐标系，二者偏离角度为θ，纵坐标P表示信号幅度，横坐标Q表示信号相位；
步骤10.2：量子密钥接收端（2）对接收到的量子密钥发送端（1）的原始相位为qAR的相位参考信号进行零差探测，测出相位参考信号幅度为PBR、相位为qBR；
步骤10.3：根据三角几何关系利用PBR、qBR、qAR求出θ；
步骤10.4：量子密钥接收端（2）将接收端量子信号的初始调制相位减去量子密钥发送端（1）和量子密钥接收端（2）的相位参考坐标系偏离角度θ作为最终调制相位，对幅度调制信号进行相位调制，确保量子密钥接收端（2）所发送的量子信号的相位参考与量子密钥发送端（1）的一致。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109889274B (zh) * 2019-03-25 2021-11-02 中南大学 新型连续变量量子密钥分发系统及其相位估计与补偿方法
CN111130780B (zh) * 2019-12-31 2022-08-02 无锡太湖学院 跨介质下设备无关及离散调制连续变量量子密钥分发系统
CN111404681B (zh) * 2020-03-13 2022-10-25 上海循态量子科技有限公司 连续变量测量设备无关量子密钥分发方法、系统及介质
CN112073181B (zh) * 2020-07-30 2021-08-03 北京邮电大学 Qkd网络、城域节点及其接入网间的密钥分发方法
CN111970280B (zh) * 2020-08-18 2022-05-06 中南大学 连续变量量子密钥分发系统的攻击检测方法
CN112929163B (zh) * 2021-01-25 2022-01-07 中南大学 测量装置无关的连续变量量子密钥分发方法及系统
CN113452524B (zh) * 2021-07-20 2022-06-07 中南大学 基于空间分集技术的自由空间连续变量量子密钥分发系统及其实现方法
CN114337847B (zh) * 2021-12-31 2023-07-18 山西大学 连续变量测量设备无关量子密钥分发系统及相位补偿方法
CN114666051B (zh) * 2022-04-08 2023-05-26 中国人民解放军国防科技大学 一种自由运行的参考系无关量子密钥分发方法
CN115001679B (zh) * 2022-06-17 2024-04-30 中南大学 基于硅基集成芯片的cvqkd系统及分发方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007092220A3 (en) * 2006-02-03 2008-04-03 Magiq Technologies Inc Entanglement-based qkd system with active phase tracking
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
CN107483196A (zh) * 2017-09-08 2017-12-15 中南大学 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
CN107666353A (zh) * 2017-08-29 2018-02-06 上海循态信息科技有限公司 基于相位补偿的本地本振连续变量量子密钥分发方法
CN107947929A (zh) * 2017-12-28 2018-04-20 中南大学 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

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060290941A1 (en) * 2004-12-09 2006-12-28 Wide Net Technologies Polarization control for quantum key distribution systems

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007092220A3 (en) * 2006-02-03 2008-04-03 Magiq Technologies Inc Entanglement-based qkd system with active phase tracking
CN107666353A (zh) * 2017-08-29 2018-02-06 上海循态信息科技有限公司 基于相位补偿的本地本振连续变量量子密钥分发方法
CN107483196A (zh) * 2017-09-08 2017-12-15 中南大学 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
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
CN107947929A (zh) * 2017-12-28 2018-04-20 中南大学 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

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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"Design and Security Analysis of Quantum Key Distribution Protocol Over Free-Space Optics Using Dual-Threshold Direct-Detection Receiver";PHUC V.TRINH;《IEEE Acess》;20180131;全文 *

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