CN113328855B - 一种异步匹配的测量设备无关量子密钥分发方法及系统 - Google Patents

一种异步匹配的测量设备无关量子密钥分发方法及系统 Download PDF

Info

Publication number
CN113328855B
CN113328855B CN202110878270.2A CN202110878270A CN113328855B CN 113328855 B CN113328855 B CN 113328855B CN 202110878270 A CN202110878270 A CN 202110878270A CN 113328855 B CN113328855 B CN 113328855B
Authority
CN
China
Prior art keywords
signal light
pulse
quantum signal
state
phase
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.)
Active
Application number
CN202110878270.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113328855A (zh
Inventor
尹华磊
陆玉硕
谢元梅
陈增兵
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.)
Nanjing University
Original Assignee
Nanjing 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 Nanjing University filed Critical Nanjing University
Priority to CN202110878270.2A priority Critical patent/CN113328855B/zh
Publication of CN113328855A publication Critical patent/CN113328855A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113328855B publication Critical patent/CN113328855B/zh
Active 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
    • H04B10/70—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
    • H04L9/0852—Quantum cryptography
    • H04L9/0855—Quantum cryptography involving additional nodes, e.g. quantum relays, repeaters, intermediate nodes or remote nodes
    • 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
    • H04B10/516—Details of coding or modulation
    • H04B10/5161—Combination of different modulation schemes
    • 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
    • H04B10/516—Details of coding or modulation
    • H04B10/54—Intensity modulation
    • H04B10/541—Digital intensity or amplitude modulation
    • 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
    • H04B10/516—Details of coding or modulation
    • H04B10/548—Phase or frequency modulation
    • H04B10/556—Digital modulation, e.g. differential phase shift keying [DPSK] or frequency shift keying [FSK]
    • H04B10/5561—Digital phase modulation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computer Security & Cryptography (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

本发明公开了一种异步匹配的测量设备无关量子密钥分发方法及系统，通过利用后匹配方法实现时间‑相位编码的双光子贝尔态测量来突破密钥限制，与现有的测量设备无关的量子密钥分发相比，本发明可以提供更高的安全码率，拥有更远的传输距离；同时，在传输距离不大于490km的情况下，本发明可以选择较短时间间隔随机匹配，使信道传输造成的相位漂移无需校准；在传输距离不大于370 km的情况下，本发明无需激光器快速主动锁相锁频，降低了实验要求，很大地提高了安全性和实用性，节约了实验成本。

Description

一种异步匹配的测量设备无关量子密钥分发方法及系统
技术领域
本发明涉及量子密钥分发技术领域，具体涉及一种异步匹配的测量设备无关量子密钥分发方法及系统。
背景技术
量子密钥分发是量子信息领域中目前最接近实用化的研究方向。由于计算机性能的不断发展，传统密码依赖于计算复杂度的编码方式正受到安全性方面的挑战，近年来RSA算法的不断被破解正说明了这一点。相对的，具有无条件安全性的量子密钥分发技术则具有广泛的应用前景。
2012 年多伦多大学的 Lo 等人提出的测量设备无关的量子密钥分发协议（MDI-QKD），利用双光子干涉规避了探测端的所有安全漏洞，具有更高的安全性和实用性。MDI-QKD通过引入一个不可信的中间节点使密钥传输距离加倍,但是，其成码率受到线性成码率界限的严格限制，现有实验中传输距离最远为404公里，在404公里时码率下降为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE001
bps，难以用于城际通信。另一方面，测量设备无关的量子密钥分发系统分为偏振编码和相位编码两大类。偏振编码测量设备无关量子密钥分发系统受到光纤双折射和时间抖动的影响，导致脉冲偏振态发生变化，造成系统误码率高、成码率低。之后出现的相位编码测量设备无关量子密钥分发系统由于两个独立激光器的初始相位以及光经过光纤产生的相位飘移、时间抖动不同，同样会有系统误码率高、稳定性差的问题。
当前已有专利“一种两节点测量设备无关量子密钥分发系统”(CN104579643A）。该专利将两个独立激光器和测量装置都放置在同一个节点上，形成两节点双向传输的量子密钥分发系统；并利用法拉第共轭旋转效应和设计相同的传输路径，解决了目前三节点测量设备无关量子密钥分发系统因偏振变化、相位漂移、相位参考系不统一、时间抖动等因素造成稳定性差的问题，实现了偏振自补偿、相位漂移自补偿、相位参考系无需校准、同步易于实现的目的。但是，该发明具有以下缺陷：1.由于系统是双向传输的，考虑光纤损耗，其成码率低于传统MDI-QKD，不能够打破线性成码率界限。2.使用法拉第旋转镜对光脉冲实现偏振自补偿，增加了系统的复杂度和实验难度。3.要求节点可信，严重影响其实用性。
发明内容
发明目的：本发明目的是提供一种异步匹配的测量设备无关量子密钥分发方法及系统，解决了目前的测量设备无关量子密钥分发系统不能打破线性成码率界限，导致其成码率低，系统误码率高，而且传输距离短的问题。本发明在使用激光器主动锁相锁频和信道相位漂移测量技术时，传输距离最远可以达到650km，远远超过现有的测量设备无关量子密钥分发系统；在传输距离为中距离490km内，本发明无需相位漂移测量；在传输距离为中短距离370km内，本发明无需激光器主动快速锁相锁频。
技术方案：本发明一种异步匹配的测量设备无关量子密钥分发方法，包括以下步骤：
（1）制备：第一发送端和第二发送端随机制备不同光强且相位随机的弱相干态量子信号光脉冲发往测量端；
（2）测量：测量端对来自第一发送端和第二发送端的光脉冲进行干涉测量，当有且仅有第一探测器和第二探测器中的一个探测器响应时，记为一个成功事件；
（3）后匹配：对于每一个成功事件，当第一发送端和第二发送端中任意一方选择诱骗态量子信号光脉冲时，则两个发送端均公布各自的相位信息以及经典比特值；并且定义两个发送端都选择诱骗态量子信号光脉冲的时间窗口为诱骗窗口，两个发送端随机挑选出两个诱骗窗口，在满足要求的情况下，匹配两个诱骗窗口的脉冲为脉冲对，根据测量端公布的测量结果得到X基矢的比特值；
定义第一发送端选择信号态量子信号光脉冲的时间窗口为信号态时间窗口，选择公布真空态或保留真空态的时间窗口为真空态时间窗口，第一发送端随机匹配一个信号态时间窗口和一个真空态时间窗口得到脉冲对，第二发送端匹配相应时刻下的两个时间窗口得到脉冲对，经过比对分析，得到Z基矢的比特值串；
（4）参数估计：公布所有X基矢的比特值，得到X基矢的比特错误总数，并且利用诱骗态方法进行参数估计；
（5）后处理：根据参数估计的结果用来对Z基矢的比特值串进行经典纠错，错误验证和隐私放大，得到最终密钥。
进一步的，所述步骤（1）的制备具体为：在每个时间窗口
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE002
，第一发送端随机制备不同光强且相位随机的弱相干态量子信号光脉冲发往测量端，该量子信号光脉冲光强在
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE003
中选择，其全局相位表示为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE004
，其中
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE005
，编码相位表示为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE006
，对应的经典比特值为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE007
，制备的相位随机的弱相干态量子信号光脉冲表达式为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE009
为其光强；第二发送端随机制备不同光强且相位随机的弱相干态量子信号光脉冲发往测量端，该量子信号光脉冲光强在
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE010
中选择，其全局相位表示为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE011
，其中
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE012
，编码相位表示为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE013
，对应的经典比特为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE014
, 制备的相位随机的弱相干态量子信号光脉冲表达式为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE015
，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE016
为其光强；其中，第一发送端和第二发送端将0光强的脉冲作为公布真空态或保留真空态量子信号光脉冲，将
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE017
和
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE018
光强的脉冲作为信号态量子信号光脉冲，将
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE019
和
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE020
光强的脉冲作为诱骗态量子信号光脉冲；
所述步骤（1）中第一发送端和第二发送端随机制备的弱相干态量子信号光脉冲均通过不安全的量子信道发往测量端，并且用
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE021
表示真空态，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE022
表示保留真空态，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE023
可表示公布真空态。
进一步的，所述步骤（2）中测量端还测量出第一发送端和第二发送端在每个时间窗口内的由激光器频率差和信道长度漂移引起的相位噪声差，记为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE024
。
进一步的，所述步骤（3）中X基矢的比特值计算具体为：定义两个发送端都选择诱骗态量子信号光脉冲的时间窗口为诱骗窗口，然后两个发送端随机挑选出两个诱骗窗口
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE025
，要求满足：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE026
匹配两个诱骗窗口的脉冲为脉冲对，得到X基矢的比特值
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE027
以及
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE028
，其中
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE029
，其中N为脉冲总数，所有X基矢的比特值的集合记为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE030
；当
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE031
的时间窗口和
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE032
的时间窗口是同一探测器响应，则对应探测到贝尔态
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE033
；当
Figure 347180DEST_PATH_IMAGE031
的时间窗口和
Figure 874107DEST_PATH_IMAGE032
的时间窗口是不同探测器响应，则对应探测到贝尔态
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE034
，测得贝尔态
Figure 548452DEST_PATH_IMAGE034
，第二发送端反转其比特值；
Z基矢的比特值串计算具体为：第一发送端随机匹配一个信号态时间窗口和一个公布真空态时间窗口得到一个脉冲对，在上述两个时间窗口
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE035
下，第一发送端的两个脉冲光强如果为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE036
，则记为比特值1，如果为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE037
，则记为比特值0；然后，第二发送端匹配该两个时间窗口
Figure 848721DEST_PATH_IMAGE035
下自己的两个脉冲光强，如果为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE038
，则记为比特值0，如果为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE039
，则记为比特值1，如果为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE040
或
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE041
，第二发送端公布丢弃该事件；最终得到Z基矢的比特值串,表示为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE042
。
进一步的，所述步骤（4）中X基矢的比特错误总数
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE043
，利用诱骗态方法进行参数估计为：
Z基矢下，真空态事件数量下限
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE044
为：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE045
其中，*表示期望值，上下横线分别表示上下限，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE046
和
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE047
分别表示Z基矢下正确和错误的有效事件数量期望值，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE048
表示第一发送端发送
Figure 211280DEST_PATH_IMAGE009
光强量子信号光脉冲，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE049
，第二发送端发送
Figure 605047DEST_PATH_IMAGE016
光强量子信号光脉冲，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE050
时，探测器响应事件数量期望值，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE051
和
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE052
分别表示第一发送端发送
Figure 760829DEST_PATH_IMAGE017
光强量子信号光脉冲而塌缩到真空态，第二发送端发送真空态和第一发送端发送
Figure 198544DEST_PATH_IMAGE017
光强量子信号光脉冲而塌缩到真空态，第二发送端发送
Figure 788794DEST_PATH_IMAGE018
光强量子信号光脉冲的探测器响应事件数量期望值下限；
Z基矢下，双光子事件数量下限
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE053
为：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE054
其中
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE055
与
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE056
分别表示第一发送端发射单光子和第二发送端发射真空态的事件期望值下限与第二发送端发射单光子和第一发送端发射真空态的事件期望值下限，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE057
其中
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE058
表示发送光脉冲总数，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE059
表示发送
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE060
强脉冲的概率，单光子响应率期望值下限
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE061
和
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE062
可分别由诱骗态方法得到
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE063
其中
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE064
以及双光子相位错误率上限
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE065
为：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE066
其中
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE067
表示X基矢双光子错误个数上限，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE068
表示X基矢双光子事件数量下限，
Figure 479363DEST_PATH_IMAGE053
表示Z基矢双光子事件数量下限，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE069
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE070
为X基矢错误总数，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE071
表示当任意一方发送端发出真空态并且另一方选择强度
Figure 388019DEST_PATH_IMAGE019
或
Figure 567109DEST_PATH_IMAGE020
时的错误计数总和，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE072
表示两发送端都发送真空态的错误事件，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE073
表示两发送端分别发出
Figure 402079DEST_PATH_IMAGE019
和
Figure 533720DEST_PATH_IMAGE020
光强量子信号光脉冲中的双光子响应个数，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE074
为随机不放回取样带来的统计涨落项，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE075
失败概率系数；上述期望值和观测值之间的转换可以由切尔诺夫限制和逆切尔诺夫限制给出上下限。
进一步的，所述步骤（5）中经典纠错泄漏信息量至多为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE076
，其中
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE077
为Z基矢事件数量，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE078
为纠错效率，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE079
为二进制香农熵，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE080
为Z基矢的比特错误率，在进行错误验证和隐私放大后得到安全密钥：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE081
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE082
为后处理过程中的失败概率系数。
本发明还包括一种如上述任一异步匹配的测量设备无关量子密钥分发方法的系统，包括第一发送端、第二发送端和测量端，其特征在于：所述第一发送端和第二发送端均包括脉冲激光制备模块、光强调制模块和相位调制模块；其中脉冲激光制备模块用于制备前后光强、相位、频率和偏振稳定的脉冲激光，光强调制模块用于实现对脉冲激光光强大小的调制，相位调制模块用于将光脉冲调制为随机处于任意相位的状态以及进行相位编码；
所述第一发送端的脉冲激光制备模块与第二发送端的脉冲激光制备模块之间安装有激光器锁相锁频模块，激光器锁相锁频模块用于将两发送端制备的激光进行频率和相位的锁定；
所述测量端包括测量模块，所述测量模块用于实现量子信号光脉冲的干涉测量和强参考光的信道相位漂移测量，信道相位漂移测量是通过强参考光干涉，测量强参考光在量子信道中传输产生的相位漂移；
所述第一发送端、第二发送端和测量端还均包括后处理模块，所述后处理模块用于实现对本端各模块的控制以及用于进行后续的筛选原始密钥串、经典纠错，错误验证和隐私放大，得到最终密钥。
进一步的，所述测量模块用于实现量子信号光脉冲的干涉测量，具体为：第一发送端和第二发送端将调制好的量子信号光脉冲进入分束器进行干涉，之后由第一探测器和第二探测器进行测量，两个探测器中有且仅有探测器响应时，记为一个成功事件。
进一步的，所述第一发送端和第二发送端均包括依次连接的第一从激光器、第一强度调制器、第一相位调制器和第一衰减器；所述激光器锁相锁频模块包括光学锁相环、第一主激光器和第二主激光器，光学锁相环分别与第一主激光器和第二主激光器连接；激光器锁相锁频模块用于将两发送端制备的脉冲激光进行频率和相位的锁定；
其中，光学锁相环用于锁定第一主激光器和第二主激光器发射的连续激光，第一主激光器和第二主激光器发射的连续激光分别通过光环行器到达第一发送端的第一从激光器和第二发送端的第一从激光器，使得第一发送端的第一从激光器和第二发送端的第一从激光器以注入锁定的方式生成脉冲激光；脉冲激光被制备为量子信号光脉冲和强参考光，对于量子信号光脉冲，第一强度调制器进行量子信号光脉冲的强度调制；第一相位调制器接收量子信号光脉冲并且对量子信号光脉冲加一个随机任意选择的相位，制备相位随机的量子信号光脉冲，同时对量子信号光脉冲加0或π相位进行相位编码；第一衰减器使量子信号光脉冲变为平均光子数小于1的弱相干态量子信号光脉冲；对于强参考光，不进行强度调制、衰减和相位编码；第一发送端和第二发送端将调制好的量子信号光脉冲和强参考光通过信道传输至测量端；
所述测量端包括分束器、第一探测器和第二探测器；对于量子信号光脉冲，分束器用两量子信号光脉冲的干涉来进行量子信号光脉冲的干涉测量，两个探测器分别用于探测对应两端口的光子探测响应；对于强参考光，分束器用两强参考光的干涉来进行强参考光的干涉测量，通过干涉测量得到两个探测器的光强分布，使用相位测量算法，计算信道相位漂移；
最后，第一发送端、第二发送端和测量端公布所需的数据，以进行纠错以及隐私放大，并获得最终的安全密钥。
进一步的，所述第一发送端和第二发送端将调制好的弱相干态量子信号光脉冲通过信道传输至测量端的距离之和即为第一发送端和第二发送端的传输距离；当所述传输距离不大于490 km，脉冲激光只被制备为量子信号光脉冲，信道相位漂移不测量；当所述传输距离不大于370 km，激光器锁相锁频模块不工作。
本发明的有益效果：本发明打破码率限制，可以给出更高的安全码率和更远的传输距离，传输距离最远可以达到650km；在传输距离不大于490 km的情况下，无需相位漂移测量，实现信道相位飘移无需校准；在传输距离不大于370 km下，无需激光器快速主动锁相锁频，降低了实验要求，很大地提高了安全性和实用性，节约了实验成本，并且具有了更高的效率。
附图说明
图1为本发明量子密钥分发系统示意图；
图2为实施例1的结构示意图；
图3为实施例1采用光学锁相环实现锁相锁频的结构示意图；
图4为实施例1采用注入锁定技术实现锁相锁频的结构示意图；
图5为实施例2的结构示意图；
图6为实施例3的结构示意图；
图7为本发明的模拟结果效果图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步描述：
如图1所示，本发明一种异步匹配的测量设备无关量子密钥分发系统，包括第一发送端、第二发送端和测量端，各端协同工作以完成密钥分配任务，第一发送端和第二发送端均包括脉冲激光制备模块、光强调制模块和相位调制模块；其中脉冲激光制备模块用于制备前后光强、相位、频率和偏振稳定的脉冲激光；光强调制模块用于实现对脉冲激光光强大小的调制；相位调制模块用于将光脉冲调制为随机处于任意相位的状态以及进行相位编码；
第一发送端的脉冲激光制备模块与第二发送端的脉冲激光制备模块之间安装有激光器锁相锁频模块，激光器锁相锁频模块用于将两发送端制备的激光进行频率和相位的锁定；
测量端包括测量模块，测量模块用于实现量子信号光脉冲的干涉测量和强参考光的信道相位漂移测量，信道相位漂移测量是通过强参考光干涉，测量强参考光在量子信道中传输产生的相位漂移。通过量子信号光脉冲的干涉测量，解码获取发送端的编码信息，具体为：第一发送端和第二发送端将调制好的量子信号光脉冲进入分束器进行干涉，之后由第一探测器和第二探测器进行测量，两个探测器中有且仅有探测器响应时，记为一个成功事件。对于强参考光，通过强参考光干涉，获取两探测器探测到的光强比例，使用现有的相位漂移测量算法计算出强参考光在量子信道中传输产生的相位漂移；由于量子信号光脉冲和强参考光都是通过信道传输至测量端，所以强参考光在量子信道中传输产生的相位漂移与量子信号光脉冲在量子信道中传输产生的相位漂移相同，只需测量强参考光在量子信道中传输产生的相位漂移即可。
第一发送端、第二发送端和测量端还均包括后处理模块，后处理模块用于实现对本端各模块的控制以及用于进行后续的基矢公布、光强公布、相位公布、相位后选择等过程筛选出原始密钥串，之后再经过经典纠错，错误验证和隐私放大过程来提取最终密钥。为简化附图，后处理模块未在图例中体现。
实施例1
如图2所示，本实施例示例性地给出了实现上述本发明所描述的异步匹配的测量设备无关量子密钥分发系统的一种实现方式。
本发明系统包括第一发送端、第二发送端和测量端，第一发送端和第二发送端均包括依次连接的第一从激光器、第一强度调制器、第一相位调制器和第一衰减器，用于实现脉冲激光制备模块、光强调制模块和相位调制模块的功能。激光器锁相锁频模块包括光学锁相环、第一主激光器和第二主激光器，光学锁相环分别与第一主激光器和第二主激光器连接；激光器锁相锁频模块用于将两发送端制备的脉冲激光进行频率和相位的锁定；本实施例是注入锁定和光学锁相环结合实现锁相锁频的结构；激光器锁相锁频模块还可以有多种实现方式，还包括注入锁定、时频传输技术等，都是现有的技术方式；图3给出了一种光学锁相环实现激光器锁相锁频的系统，其中激光器锁相锁频模块包括主激光器、第一光学锁相环和第二光学锁相环，主激光器通过分束器分别与第一光学锁相环和第二光学锁相环连接，第一光学锁相环和第二光学锁相环分别与第一发送端和第二发送端的第一从激光器连接；主激光器发射连续激光，第一光学锁相环和第二光学锁相环用于锁定第一发送端和第二发送端的第一从激光器，主激光器通过光学锁相环锁定第一从激光器的相位和频率，让两个第一从激光器产生强度、相位、频率和偏振稳定的脉冲激光；图4给出了一种通过注入锁定实现激光器锁相锁频的系统。
本实施例中，光学锁相环用于锁定第一主激光器和第二主激光器发射的连续激光，第一主激光器和第二主激光器发射的连续激光分别通过光环行器到达第一发送端的第一从激光器和第二发送端的第一从激光器，使得第一发送端的第一从激光器和第二发送端的第一从激光器以注入锁定的方式生成脉冲激光；脉冲激光将被以时分复用的方式（也可采用现有的其它复用方式，如波分复用、偏振复用等）制备为量子信号光脉冲和强参考光，对于量子信号光脉冲，第一强度调制器进行量子信号光脉冲的强度调制；第一相位调制器接收量子信号光脉冲并且对量子信号光脉冲加一个随机任意选择的相位，制备相位随机的量子信号光脉冲，同时对量子信号光脉冲加0或π相位进行相位编码；第一衰减器使量子信号光脉冲变为平均光子数小于1的弱相干态量子信号光脉冲；对于强参考光，不进行强度调制、衰减和相位编码；第一发送端和第二发送端将调制好的量子信号光脉冲和强参考光通过信道传输至测量端；
测量端包括分束器、第一探测器和第二探测器；对于量子信号光脉冲，分束器用两量子信号光脉冲的干涉来进行量子信号光脉冲的干涉测量，两个探测器分别用于探测对应两端口的光子探测响应；对于强参考光，分束器用两强参考光的干涉来进行强参考光的干涉测量，通过干涉测量得到两个探测器的光强分布，使用当前已经成熟的相位测量算法，计算信道相位漂移。通过时分复用方式，既测量量子信号光的干涉结果，也测量强参考光得到信道相位漂移。
最后，第一发送端、第二发送端和测量端公布所需的数据，以进行纠错以及隐私放大，并获得最终的安全密钥。
本发明量子密钥分发方法，包括以下步骤：
（1）制备：第一发送端和第二发送端随机制备不同光强且相位随机的弱相干态量子信号光脉冲发往测量端；
制备具体为：在每个时间窗口
Figure 278077DEST_PATH_IMAGE002
，第一发送端随机制备不同光强且相位随机的弱相干态量子信号光脉冲发往测量端，该量子信号光脉冲光强在
Figure 802468DEST_PATH_IMAGE003
中选择，其全局相位表示为
Figure 892610DEST_PATH_IMAGE004
，其中
Figure 165459DEST_PATH_IMAGE005
，编码相位表示为
Figure 81332DEST_PATH_IMAGE006
，对应的经典比特值为
Figure 674993DEST_PATH_IMAGE007
，制备的相位随机的弱相干态量子信号光脉冲表达式为
Figure 609188DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure 573645DEST_PATH_IMAGE009
为其光强；第二发送端随机制备不同光强且相位随机的弱相干态量子信号光脉冲发往测量端，该量子信号光脉冲光强在
Figure 727546DEST_PATH_IMAGE010
中选择，其全局相位表示为
Figure 797002DEST_PATH_IMAGE011
，其中
Figure 992229DEST_PATH_IMAGE012
，编码相位表示为
Figure 138040DEST_PATH_IMAGE013
，对应的经典比特为
Figure 418717DEST_PATH_IMAGE014
, 制备的相位随机的弱相干态量子信号光脉冲表达式为
Figure 980280DEST_PATH_IMAGE015
，
Figure 922957DEST_PATH_IMAGE016
为其光强；其中，第一发送端和第二发送端将0光强的脉冲作为公布真空态或保留真空态量子信号光脉冲，将
Figure 675887DEST_PATH_IMAGE017
和
Figure 679747DEST_PATH_IMAGE018
光强的脉冲作为信号态量子信号光脉冲，将
Figure 277956DEST_PATH_IMAGE019
和
Figure 214819DEST_PATH_IMAGE020
光强的脉冲作为诱骗态量子信号光脉冲；
而且第一发送端和第二发送端随机制备的弱相干态量子信号光脉冲均通过不安全的量子信道发往测量端，并且用
Figure 935388DEST_PATH_IMAGE021
表示真空态，
Figure 337463DEST_PATH_IMAGE022
表示保留真空态，
Figure 37565DEST_PATH_IMAGE023
可表示公布真空态。
（2）测量：测量端对来自第一发送端和第二发送端的脉冲进行干涉测量，当有且仅有第一探测器和第二探测器中的一个探测器响应时，记为一个成功事件；测量端还测量出第一发送端和第二发送端在每个时间窗口内的由激光器频率差和信道长度漂移引起的相位噪声差，记为
Figure 61891DEST_PATH_IMAGE024
。
（3）后匹配：对于每一个成功事件，当第一发送端和第二发送端中任意一方选择诱骗态量子信号光脉冲时，则两个发送端均公布各自的相位信息以及经典比特值；并且定义两个发送端都选择诱骗态量子信号光脉冲的时间窗口为诱骗窗口，两个发送端随机挑选出两个诱骗窗口，在满足要求的情况下，匹配两个诱骗窗口的脉冲为脉冲对，根据测量端公布的测量结果得到X基矢的比特值；
X基矢的比特值计算具体为：定义两个发送端都选择诱骗态量子信号光脉冲的时间窗口为诱骗窗口，然后两个发送端随机挑选出两个诱骗窗口
Figure 392509DEST_PATH_IMAGE025
，要求满足：
Figure 213704DEST_PATH_IMAGE026
匹配两个诱骗窗口的脉冲为脉冲对，得到X基矢的比特值
Figure 12770DEST_PATH_IMAGE027
以及
Figure 495530DEST_PATH_IMAGE028
，其中
Figure 793787DEST_PATH_IMAGE029
，其中N为脉冲总数，所有X基矢的比特值的集合记为
Figure 367857DEST_PATH_IMAGE030
；当
Figure 173877DEST_PATH_IMAGE031
的时间窗口和
Figure 985844DEST_PATH_IMAGE032
的时间窗口是同一探测器响应，则对应探测到贝尔态
Figure 720581DEST_PATH_IMAGE033
；当
Figure 787807DEST_PATH_IMAGE031
的时间窗口和
Figure 131938DEST_PATH_IMAGE032
的时间窗口是不同探测器响应，则对应探测到贝尔态
Figure 486827DEST_PATH_IMAGE034
，测得贝尔态
Figure 172892DEST_PATH_IMAGE034
，第二发送端反转其比特值；
定义第一发送端选择信号态量子信号光脉冲的时间窗口为信号态时间窗口，选择公布真空态或保留真空态的时间窗口为真空态时间窗口，第一发送端随机匹配一个信号态时间窗口和一个真空态时间窗口得到脉冲对，第二发送端匹配相应时刻下的两个时间窗口得到脉冲对，经过比对分析，得到Z基矢的比特值串；
Z基矢的比特值串计算具体为：第一发送端随机匹配一个信号态时间窗口和一个公布真空态时间窗口得到一个脉冲对，在上述两个时间窗口
Figure 111767DEST_PATH_IMAGE035
下，第一发送端的两个脉冲光强如果为
Figure 26634DEST_PATH_IMAGE036
，则记为比特值1，如果为
Figure 96350DEST_PATH_IMAGE037
，则记为比特值0；然后，第二发送端匹配该两个时间窗口
Figure 671426DEST_PATH_IMAGE035
下自己的两个脉冲光强，如果为
Figure 425493DEST_PATH_IMAGE038
，则记为比特值0，如果为
Figure 612892DEST_PATH_IMAGE039
，则记为比特值1，如果为
Figure 243505DEST_PATH_IMAGE040
或
Figure 474635DEST_PATH_IMAGE041
，第二发送端公布丢弃该事件；最终得到Z基矢的比特值串,表示为
Figure 279780DEST_PATH_IMAGE042
。
注意，它们不公布脉冲对中特定脉冲的强度信息。
（4）参数估计：公布所有X基矢的比特值，得到X基矢的比特错误总数，并且利用诱骗态方法进行参数估计；
步骤（4）中X基矢的比特错误总数
Figure 520138DEST_PATH_IMAGE043
，利用诱骗态方法进行参数估计为：
Z基矢下，真空态事件数量下限
Figure 530557DEST_PATH_IMAGE044
为：
Figure 355424DEST_PATH_IMAGE045
其中，*表示期望值，上下横线分别表示上下限，
Figure 360115DEST_PATH_IMAGE046
和
Figure 325535DEST_PATH_IMAGE047
分别表示Z基矢下正确和错误的有效事件数量期望值，
Figure 691925DEST_PATH_IMAGE048
表示第一发送端发送
Figure 61596DEST_PATH_IMAGE009
光强量子信号光脉冲，
Figure 949655DEST_PATH_IMAGE049
，第二发送端发送
Figure 79285DEST_PATH_IMAGE016
光强量子信号光脉冲，
Figure 555309DEST_PATH_IMAGE050
时，探测器响应事件数量期望值，
Figure 751673DEST_PATH_IMAGE051
和
Figure 690810DEST_PATH_IMAGE052
分别表示第一发送端发送
Figure 873398DEST_PATH_IMAGE017
光强量子信号光脉冲而塌缩到真空态，第二发送端发送真空态和第一发送端发送
Figure 712916DEST_PATH_IMAGE017
光强量子信号光脉冲而塌缩到真空态，第二发送端发送
Figure 973126DEST_PATH_IMAGE018
光强量子信号光脉冲的探测器响应事件数量期望值下限；
Z基矢下，双光子事件数量下限
Figure 914406DEST_PATH_IMAGE053
为：
Figure 261204DEST_PATH_IMAGE054
其中
Figure 220808DEST_PATH_IMAGE055
与
Figure 165499DEST_PATH_IMAGE056
分别表示第一发送端发射单光子和第二发送端发射真空态的事件期望值下限与第二发送端发射单光子和第一发送端发射真空态的事件期望值下限，
Figure 334355DEST_PATH_IMAGE057
其中
Figure 219266DEST_PATH_IMAGE058
表示发送光脉冲总数，
Figure 830114DEST_PATH_IMAGE059
表示发送
Figure 775067DEST_PATH_IMAGE060
光强脉冲的概率，单光子响应率期望值下限
Figure 425360DEST_PATH_IMAGE061
和
Figure 737130DEST_PATH_IMAGE062
可分别由诱骗态方法得到
Figure 416199DEST_PATH_IMAGE063
其中
Figure 594371DEST_PATH_IMAGE064
以及双光子相位错误率上限
Figure 918911DEST_PATH_IMAGE065
为：
Figure 722787DEST_PATH_IMAGE066
其中
Figure 809692DEST_PATH_IMAGE067
表示X基矢双光子错误个数上限，
Figure 329404DEST_PATH_IMAGE068
表示X基矢双光子事件数量下限，
Figure 756886DEST_PATH_IMAGE053
表示Z基矢双光子事件数量下限，
Figure 256132DEST_PATH_IMAGE069
Figure 696078DEST_PATH_IMAGE070
为X基矢错误总数，
Figure 888156DEST_PATH_IMAGE071
表示当任意一方发送端发出真空态并且另一方选择强度
Figure 797075DEST_PATH_IMAGE019
或
Figure 457602DEST_PATH_IMAGE020
时的错误计数总和，
Figure 989206DEST_PATH_IMAGE072
表示两发送端都发送真空态的错误事件，
Figure 945661DEST_PATH_IMAGE073
表示两发送端分别发出
Figure 200931DEST_PATH_IMAGE019
和
Figure 947039DEST_PATH_IMAGE020
光强量子信号光脉冲中的双光子响应个数，
Figure 800725DEST_PATH_IMAGE074
为随机不放回取样带来的统计涨落项，
Figure 364300DEST_PATH_IMAGE075
为失败概率系数；上述期望值和观测值之间的转换可以由切尔诺夫限制和逆切尔诺夫限制给出上下限。
（5）后处理：根据参数估计的结果用来对Z基矢的比特值串进行经典纠错，错误验证和隐私放大，得到最终密钥。
经典纠错泄漏信息量至多为
Figure 191353DEST_PATH_IMAGE076
，其中
Figure 695147DEST_PATH_IMAGE077
为Z基矢事件数量，
Figure 918187DEST_PATH_IMAGE078
为纠错效率，
Figure 777296DEST_PATH_IMAGE079
为二进制香农熵，
Figure 351366DEST_PATH_IMAGE080
为Z基矢的比特错误率，在进行错误验证和隐私放大后得到安全密钥：
Figure 127692DEST_PATH_IMAGE081
其中，
Figure 730537DEST_PATH_IMAGE082
为后处理过程中的失败概率系数。
如图7所示，本实施例的模拟结果显示，能够打破线性成码率界限，其密钥传输距离可以达到650公里，超越了之前技术所能达到的最远距离。
实施例2
如图5所示，本实施例与实施例1的不同之处在于，该量子密钥分发系统中脉冲激光只被制备为量子信号光脉冲，不需要通过强参考光测量信道相位漂移。
本实施例的传输距离不大于490 km，在传输距离不是很远时，较短时间间隔内响应率很大，量子信号光响应事件很多。同时，较短时间间隔内两时刻的信道相位漂移较小，
Figure DEST_PATH_IMAGE083
的理论值接近0，因此不需要强参考光测量信道相位漂移。在这种情况下，参考实施例一中的量子密钥分发方法，本实施例中在后匹配阶段可以改为选择在前后较短的时间间隔内（例如 50 μs）随机选择成功响应的结果进行匹配。
需要注意的是，发射强参考光测量信道相位漂移，会不可避免的因为时分复用占用量子信号的有效发送频率，同时强参考光在信道中会因为散射增加错误率和暗计数率。因此，移除强参考光测量信道相位漂移是一个很有意义的系统简化。
如图7所示，本实施例能够打破线性成码率界限，其成码率明显高于目前的测量设备无关量子密钥分发系统的成码率。
实施例3
如图6所示，本实施例与实施例2的不同之处在于，该量子密钥分发系统中不需要激光器锁相锁频模块。
在传输距离不大于370 km，在更短的时间间隔（例如0.5μs）内响应率很大，量子信号光响应事件很多。参考实施例一中的量子密钥分发方法，本实施例中，后匹配阶段可以改为选择在前后更短的时间间隔内（例如 0.5 μs）随机选择成功响应的结果进行匹配。
需要注意的是，在0.5 μs内，不仅信道相位漂移是个可忽略的量，激光器频率差引起的全局相位差也是个可忽略的小量。此时只需要对波长大约每数十分钟进行一次校准，无需实施例一中光学锁相环或注入锁定技术，大大简化了系统，降低成本，提高了实用性，同时提高的安全性。
如图7所示，本实施例能够打破线性成码率界限，其成码率明显高于目前的测量设备无关量子密钥分发系统的成码率。

Claims (3)

1.一种异步匹配的测量设备无关量子密钥分发方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）制备：第一发送端和第二发送端随机制备不同光强且相位随机的弱相干态量子信号光脉冲发往测量端；
（2）测量：测量端对来自第一发送端和第二发送端的光脉冲进行干涉测量，当有且仅有第一探测器和第二探测器中的一个探测器响应时，记为一个成功事件；
（3）后匹配：对于每一个成功事件，当第一发送端和第二发送端中任意一方选择诱骗态量子信号光脉冲时，则两个发送端均公布各自的相位信息以及经典比特值；并且定义两个发送端都选择诱骗态量子信号光脉冲的时间窗口为诱骗窗口，两个发送端随机挑选出两个诱骗窗口，在满足要求的情况下，匹配两个诱骗窗口的脉冲为脉冲对，根据测量端公布的测量结果得到X基矢的比特值；
定义第一发送端选择信号态量子信号光脉冲的时间窗口为信号态时间窗口，选择公布真空态或保留真空态的时间窗口为真空态时间窗口，第一发送端随机匹配一个信号态时间窗口和一个真空态时间窗口得到脉冲对，第二发送端匹配相应时刻下的两个时间窗口得到脉冲对，经过比对分析，得到Z基矢的比特值串；
（4）参数估计：公布所有X基矢的比特值，得到X基矢的比特错误总数，并且利用诱骗态方法进行参数估计；
（5）后处理：根据参数估计的结果用来对Z基矢的比特值串进行经典纠错，错误验证和隐私放大，得到最终密钥；
其中，所述步骤（1）的制备具体为：在每个时间窗口
Figure DEST_PATH_IMAGE001
，第一发送端随机制备不同光强且相位随机的弱相干态量子信号光脉冲发往测量端，该量子信号光脉冲光强在
Figure DEST_PATH_IMAGE002
中选择，其全局相位表示为
Figure DEST_PATH_IMAGE003
，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE004
，编码相位表示为
Figure DEST_PATH_IMAGE005
，对应的经典比特值为
Figure DEST_PATH_IMAGE006
，制备的相位随机的弱相干态量子信号光脉冲表达式为
Figure DEST_PATH_IMAGE007
，
Figure DEST_PATH_IMAGE008
为其光强；第二发送端随机制备不同光强且相位随机的弱相干态量子信号光脉冲发往测量端，该量子信号光脉冲光强在
Figure DEST_PATH_IMAGE009
中选择，其全局相位表示为
Figure DEST_PATH_IMAGE010
，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE011
，编码相位表示为
Figure DEST_PATH_IMAGE012
，对应的经典比特为
Figure DEST_PATH_IMAGE013
，制备的相位随机的弱相干态量子信号光脉冲表达式为
Figure DEST_PATH_IMAGE014
，
Figure DEST_PATH_IMAGE015
为其光强；其中，第一发送端和第二发送端将0光强的脉冲作为公布真空态或保留真空态量子信号光脉冲，将
Figure DEST_PATH_IMAGE016
和
Figure DEST_PATH_IMAGE017
光强的脉冲作为信号态量子信号光脉冲，将
Figure DEST_PATH_IMAGE018
和
Figure DEST_PATH_IMAGE019
光强的脉冲作为诱骗态量子信号光脉冲；
所述步骤（1）中第一发送端和第二发送端随机制备的弱相干态量子信号光脉冲均通过不安全的量子信道发往测量端，并且用
Figure DEST_PATH_IMAGE020
表示真空态，
Figure DEST_PATH_IMAGE021
表示保留真空态，
Figure DEST_PATH_IMAGE022
可表示公布真空态；
所述步骤（2）中测量端还测量出第一发送端和第二发送端在每个时间窗口内的由激光器频率差和信道长度漂移引起的相位噪声差，记为
Figure DEST_PATH_IMAGE023
；
所述步骤（3）中X基矢的比特值计算具体为：定义两个发送端都选择诱骗态量子信号光脉冲的时间窗口为诱骗窗口，然后两个发送端随机挑选出两个诱骗窗口
Figure DEST_PATH_IMAGE024
，要求满足：
Figure DEST_PATH_IMAGE025
匹配两个诱骗窗口的脉冲为脉冲对，得到X基矢的比特值
Figure DEST_PATH_IMAGE026
以及
Figure DEST_PATH_IMAGE027
，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE028
，其中N为脉冲总数，所有X基矢的比特值的集合记为
Figure DEST_PATH_IMAGE029
；当
Figure DEST_PATH_IMAGE030
的时间窗口和
Figure DEST_PATH_IMAGE031
的时间窗口是同一探测器响应，则对应探测到贝尔态
Figure DEST_PATH_IMAGE032
；当
Figure 167217DEST_PATH_IMAGE030
的时间窗口和
Figure 756462DEST_PATH_IMAGE031
的时间窗口是不同探测器响应，则对应探测到贝尔态
Figure DEST_PATH_IMAGE033
，测得贝尔态
Figure 693456DEST_PATH_IMAGE033
，第二发送端反转其比特值；
Z基矢的比特值串计算具体为：第一发送端随机匹配一个信号态时间窗口和一个公布真空态时间窗口得到一个脉冲对，在上述两个时间窗口
Figure DEST_PATH_IMAGE034
下，第一发送端的两个脉冲光强如果为
Figure DEST_PATH_IMAGE035
，则记为比特值1，如果为
Figure DEST_PATH_IMAGE036
，则记为比特值0；然后，第二发送端匹配该两个时间窗口
Figure 58972DEST_PATH_IMAGE034
下自己的两个脉冲光强，如果为
Figure DEST_PATH_IMAGE037
，则记为比特值0，如果为
Figure DEST_PATH_IMAGE038
，则记为比特值1，如果为
Figure DEST_PATH_IMAGE039
或
Figure DEST_PATH_IMAGE040
，第二发送端公布丢弃该事件；最终得到Z基矢的比特值串,表示为
Figure DEST_PATH_IMAGE041
。
2.根据权利要求1所述的一种异步匹配的测量设备无关量子密钥分发方法，其特征在于：所述步骤（4）中X基矢的比特错误总数
Figure DEST_PATH_IMAGE042
，利用诱骗态方法进行参数估计为：
Z基矢下，真空态事件数量下限
Figure DEST_PATH_IMAGE043
为：
Figure DEST_PATH_IMAGE044
其中，*表示期望值，上下横线分别表示上下限，
Figure DEST_PATH_IMAGE045
和
Figure DEST_PATH_IMAGE046
分别表示Z基矢下正确和错误的有效事件数量期望值，
Figure DEST_PATH_IMAGE047
表示第一发送端发送
Figure 874610DEST_PATH_IMAGE008
光强量子信号光脉冲且第二发送端发送
Figure 572439DEST_PATH_IMAGE015
光强量子信号光脉冲时探测器响应事件数量期望值，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE048
，
Figure DEST_PATH_IMAGE049
，
Figure DEST_PATH_IMAGE050
表示第一发送端发送
Figure 826090DEST_PATH_IMAGE016
光强量子信号光脉冲而塌缩到真空态，第二发送端发送真空态；
Figure DEST_PATH_IMAGE051
表示第一发送端发送
Figure 170529DEST_PATH_IMAGE016
光强量子信号光脉冲而塌缩到真空态，第二发送端发送
Figure 386878DEST_PATH_IMAGE017
光强量子信号光脉冲的探测器响应事件数量期望值下限；
Z基矢下，双光子事件数量下限
Figure DEST_PATH_IMAGE052
为：
Figure DEST_PATH_IMAGE053
其中
Figure DEST_PATH_IMAGE054
与
Figure DEST_PATH_IMAGE055
分别表示第一发送端发射单光子和第二发送端发射真空态的事件期望值下限与第二发送端发射单光子和第一发送端发射真空态的事件期望值下限，
Figure DEST_PATH_IMAGE056
其中
Figure DEST_PATH_IMAGE057
表示发送光脉冲总数，
Figure DEST_PATH_IMAGE058
表示发送
Figure DEST_PATH_IMAGE059
光强脉冲的概率，单光子响应率期望值下限
Figure DEST_PATH_IMAGE060
和
Figure DEST_PATH_IMAGE061
可分别由诱骗态方法得到
Figure DEST_PATH_IMAGE062
其中
Figure DEST_PATH_IMAGE063
以及双光子相位错误率上限
Figure DEST_PATH_IMAGE064
为：
Figure DEST_PATH_IMAGE065
其中
Figure DEST_PATH_IMAGE066
表示X基矢双光子错误个数上限，
Figure DEST_PATH_IMAGE067
表示X基矢双光子事件数量下限，
Figure 885903DEST_PATH_IMAGE052
示Z基矢双光子事件数量下限，
Figure DEST_PATH_IMAGE068
Figure DEST_PATH_IMAGE069
为X基矢错误总数，
Figure DEST_PATH_IMAGE070
表示当任意一方发送端发出真空态并且另一方选择强度
Figure 146290DEST_PATH_IMAGE018
或
Figure 696351DEST_PATH_IMAGE019
时的错误计数总和，
Figure DEST_PATH_IMAGE071
表示两发送端都发送真空态的错误事件，
Figure DEST_PATH_IMAGE072
表示两发送端分别发出
Figure 658884DEST_PATH_IMAGE018
和
Figure 573882DEST_PATH_IMAGE019
强量子信号光脉冲中的双光子响应个数，
Figure DEST_PATH_IMAGE073
为随机不放回取样带来的统计涨落项，
Figure DEST_PATH_IMAGE074
为失败概率系数；上述期望值和观测值之间的转换可以由切尔诺夫限制和逆切尔诺夫限制给出上下限。
3.根据权利要求2所述的一种异步匹配的测量设备无关量子密钥分发方法，其特征在于：所述步骤（5）中经典纠错泄漏信息量至多为
Figure DEST_PATH_IMAGE075
，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE076
为Z基矢事件数量，
Figure DEST_PATH_IMAGE077
为纠错效率，
Figure DEST_PATH_IMAGE078
为二进制香农熵，
Figure DEST_PATH_IMAGE079
为Z基矢的比特错误率，在进行错误验证和隐私放大后得到安全密钥：
Figure DEST_PATH_IMAGE080
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE081
为后处理过程中的失败概率系数。
CN202110878270.2A 2021-08-02 2021-08-02 一种异步匹配的测量设备无关量子密钥分发方法及系统 Active CN113328855B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110878270.2A CN113328855B (zh) 2021-08-02 2021-08-02 一种异步匹配的测量设备无关量子密钥分发方法及系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110878270.2A CN113328855B (zh) 2021-08-02 2021-08-02 一种异步匹配的测量设备无关量子密钥分发方法及系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113328855A CN113328855A (zh) 2021-08-31
CN113328855B true CN113328855B (zh) 2021-12-17

Family

ID=77426610

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110878270.2A Active CN113328855B (zh) 2021-08-02 2021-08-02 一种异步匹配的测量设备无关量子密钥分发方法及系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113328855B (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114124379B (zh) * 2021-11-30 2022-09-23 南京大学 一种基于单光子对的双场量子密钥分发方法
CN114285548B (zh) * 2021-12-03 2024-03-15 济南量子技术研究院 一种基于相位后选择的诱骗态mdi-qkd方法和系统
CN115396104B (zh) * 2022-10-27 2023-03-10 南京大学 一种优化配对的测量设备无关量子密钥分发方法
CN116704559B (zh) * 2023-07-28 2023-11-03 南京大学 一种基于异步双光子干涉的量子指纹识别方法及系统
CN116800420B (zh) * 2023-08-16 2023-11-03 南京大学 异步配对的测量设备无关量子会议密钥协商方法及系统
CN117692068A (zh) * 2023-12-11 2024-03-12 正则量子(北京)技术有限公司 一种量子密钥分发方法及设备
CN117714057B (zh) * 2024-02-06 2024-04-30 南京大学 多场测量设备无关量子会议密钥协商方法及系统

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111294206A (zh) * 2020-04-28 2020-06-16 南京大学 一种量子会议密钥协商方法和系统
CN113037474A (zh) * 2021-03-01 2021-06-25 南京大学 一种非对称的量子会议密钥协商方法及系统
CN113141252A (zh) * 2020-01-20 2021-07-20 阿里巴巴集团控股有限公司 一种量子密钥分发方法、量子通信方法及装置和系统

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112929161B (zh) * 2021-01-22 2022-01-07 西安电子科技大学 即插即用型参考系无关的双场量子密钥分发协议实现方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113141252A (zh) * 2020-01-20 2021-07-20 阿里巴巴集团控股有限公司 一种量子密钥分发方法、量子通信方法及装置和系统
CN111294206A (zh) * 2020-04-28 2020-06-16 南京大学 一种量子会议密钥协商方法和系统
CN113037474A (zh) * 2021-03-01 2021-06-25 南京大学 一种非对称的量子会议密钥协商方法及系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN113328855A (zh) 2021-08-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113328855B (zh) 一种异步匹配的测量设备无关量子密钥分发方法及系统
Qin et al. Quantum hacking: Saturation attack on practical continuous-variable quantum key distribution
Liu et al. Experimental twin-field quantum key distribution over 1000 km fiber distance
Mao et al. Integrating quantum key distribution with classical communications in backbone fiber network
CN108809638A (zh) 用于诱骗态三态量子密钥分发的装置和方法
Gordon et al. A short wavelength gigahertz clocked fiber-optic quantum key distribution system
CN105515767B (zh) 基于dps的多用户qkd网络系统及其密钥分发方法
CN106788706B (zh) 可抵御实际攻击的连续变量量子密钥分发方法
Wu et al. Experimental demonstration of LD-based bidirectional fiber-optic chaos communication
JP2002064480A (ja) 暗号鍵配布方法及び装置
CN105024809A (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
Guerreau et al. Long-distance QKD transmission using single-sideband detection scheme with WDM synchronization
CN106656344A (zh) 一种mdi‑qkd系统及mdi‑qkd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
CN110830121A (zh) 一种经典信道和量子信道的波分复用系统及方法
Li et al. Twin-field quantum key distribution without phase locking
Roberts et al. Modulator‐Free Coherent‐One‐Way Quantum Key Distribution
CN112887091A (zh) 一种本地本振的四态连续变量量子密钥分发方法及系统
CN114337847A (zh) 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
Zhang et al. Experimental side-channel-secure quantum key distribution
CN114244500B (zh) 一种量子密钥协商方法、系统、量子数字签名方法、系统
CN115834046A (zh) 一种具有光源监控功能的参考系无关量子密钥分发方法
Bian et al. High-rate point-to-multipoint quantum key distribution using coherent states
CN111147243A (zh) 一种基于llo的单波长量子与经典通信同传方法
CN112929163B (zh) 测量装置无关的连续变量量子密钥分发方法及系统

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