CN115051793A - 基于热态源的自由空间连续变量量子密钥分发方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于热态源的自由空间连续变量量子密钥分发方法及系统，涉及量子密钥分发技术领域，包括：连续变量初始密钥分发步骤：将发送方Alice利用热态源起偏分束后的正则分量X及P的检测结果，作为本地初始密钥；并将另一半热态光信号衰减后与本振光合束经过自由空间信道进行传输后，由接收方Bob进行检测，获得对应的初始连续密钥数据；连续数据后处理步骤：Bob对获得的所述初始连续密钥数据进行位帧同步、分块相位补偿、参数评估、纠错及保密增强，最终获取安全二进制比特密钥。本发明能够降低连续变量量子密钥分发系统实现复杂度，并为量子密钥分发系统提供新的应用场景。

Description

基于热态源的自由空间连续变量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，具体地，涉及基于热态源的自由空间信道下随路本振连续变量量子密钥分发(CVQKD)方法，尤其涉及一种基于热态源的自由空间连续变量量子密钥分发方法及系统。

背景技术

目前大部分的连续变量量子密钥分发系统(CVQKD)的实现方式都是利用幅度及相位调制器将量子随机数生成的随机密钥信息调制编码到弱相干光上，如高斯调制即利用幅度及相位调制器将高斯分布的量子随机数调制到弱相干光的正则分量上，并通过光纤或者自由空间信道发送给接收方。同样的，离散调制CVQKD系统则是通过幅度及相位调制器实现有限个量子态的调制，并发送给接收方进行解调检测。

这两种方式一方面需要用到量子随机数发生器，并利用有源的幅度及相位调制器实现对光信号的线性调制。另一方面实际器件及运行状态往往存在非线性效应，导致产生的初始密钥信息无法线性地调制在光场分量上，导致系统实现复杂化。

另外在热态光源的量子密钥分发领域，目前还处于基于本振光与信号光分立短距离光纤传输的进展。而没有一种能应用于自由空间信道中的较为廉价的量子密钥分发方案。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种基于热态源的自由空间连续变量量子密钥分发方法及系统。

根据本发明提供的一种基于热态源的自由空间连续变量量子密钥分发方法及系统，所述方案如下：

第一方面，提供了一种基于热态源的自由空间连续变量量子密钥分发方法，所述方法包括：

连续变量初始密钥分发步骤：将发送方Alice利用热态源起偏分束后的正则分量X及P的检测结果，作为本地初始密钥；并将另一半热态光信号衰减后与本振光合束经过自由空间信道进行传输后，由接收方Bob进行检测，获得对应的初始连续密钥数据；

连续数据后处理步骤：Bob对获得的所述初始连续密钥数据进行位帧同步、分块相位补偿、参数评估、纠错及保密增强，最终获取安全二进制比特密钥。

优选地，所述连续变量初始密钥分发步骤包括：

步骤S1.1：发送方Alice及接收方Bob对基于热态光源的连续变量量子密钥分发系统进行通信初始化，包括对系统中的ASE热态源、相干光源、光放大器、光带通滤波器、偏振光分束器、90°光混合器Hybrid、量子平衡零差检测器以及控制电路进行初始化；

步骤S1.2：Alice端将所述ASE热态源经光放大器放大后通过窄带光滤波器，并通过50：50光分束器将其分为两路，一路经光衰减器后与相干光源经过50:50光分束器的一部分本振信号作为接收端本振光合束经自由空间信道发送给接收方Bob，一路留在本地，与另一半相干光信号同时输入光混合器进行量子平衡零差检测，同时获取热态的正则分量X和P作为初始密钥数据K1；

步骤S1.3：Bob将收到的Alice发送来的偏振复用信号解复用为本振信号和热态信号分别通过偏振控制输入光混合器进行量子平衡零差检测，获取接收到热态的正则分量X和P作为初始密钥数据K2。

优选地，所述步骤S1.2包括：

步骤S1.2.1：Alice通过调整ASE热态源、光放大器以及光衰减器进行平均光子数控制，使经50：50光分束器及衰减器的热态光信号光平均光子数满足n＝0.5mn₀；

其中，m为光衰减器衰减因子，n₀为热态光信号经带通滤波器后的平均光子数，则热态的正则分量服从均值为零，方差为V_A＝mn₀的类高斯分布；其中，V_A的取值范围为大于0且小于80，并将其通过自由空间信道发送给Bob；

步骤S1.2.2：Alice保留50:50光分束器分束的另一半热光信号在本地，并与Alice产生的连续相干光信号经光通过50:50光分束器分束的一部分光信号同时输入Hybrid光混合器，实现两路连续光信号的干涉，并通过量子平衡零差检测器获取初始密钥数据X，另一路通过偏振合束与信号光一起发送给Bob。

优选地，所述连续数据后处理步骤包括：

步骤S2.1：Bob和Alice进行初始连续密钥数据的无特殊调制帧的多轮位帧同步，并进行基于数据处理的相位补偿；

步骤S1.2：Alice和Bob公布部分初始密钥数据进行参数评估，得到信号过噪声、调制方差以及信道透过率参数；

步骤S1.3：Bob通过基于LDPC编码的高效率多维协商算法对相位补偿后的初始连续密钥数据进行纠错，输出一致的二进制共享密钥串；

步骤S1.4：Bob通过信道参数计算Holevo限及合法通信方的互信息量，得到信息压缩率，最后通过保密增强输出最终密钥。

优选地，在Alice与Bob的光路中设置有隔离器及光检测器PD和光功率计以监控热态光源及本振光光强。

第二方面，提供了一种基于热态源的自由空间连续变量量子密钥分发系统，所述系统包括：

连续变量初始密钥分发模块：将发送方Alice利用热态源起偏分束后的正则分量X及P的检测结果，作为本地初始密钥；并将另一半热态光信号衰减后与本振光合束经过自由空间信道进行传输后，由接收方Bob进行检测，获得对应的初始连续密钥数据；

连续数据后处理模块：Bob对获得的所述初始连续密钥数据进行位帧同步、分块相位补偿、参数评估、纠错及保密增强，最终获取安全二进制比特密钥。

优选地，所述连续变量初始密钥分发模块包括：

模块M1.1：发送方Alice及接收方Bob对基于热态光源的连续变量量子密钥分发系统进行通信初始化，包括对系统中的ASE热态源、相干光源、光放大器、光带通滤波器、偏振光分束器、90°光混合器Hybrid、量子平衡零差检测器以及控制电路进行初始化；

模块M1.2：Alice端将所述ASE热态源经光放大器放大后通过窄带光滤波器，并通过50：50光分束器将其分为两路，一路经光衰减器后与相干光源经过50:50光分束器的一部分本振信号作为接收端本振光合束经自由空间信道发送给接收方Bob，一路留在本地，与另一半相干光信号同时输入光混合器进行量子平衡零差检测，同时获取热态的正则分量X和P作为初始密钥数据K1；

模块M1.3：Bob将收到的Alice发送来的偏振复用信号解复用为本振信号和热态信号分别通过偏振控制输入光混合器进行量子平衡零差检测，获取接收到热态的正则分量X和P作为初始密钥数据K2。

优选地，所述模块M1.2包括：

模块M1.2.1：Alice通过调整ASE热态源、光放大器以及光衰减器进行平均光子数控制，使经50：50光分束器及衰减器的热态光信号光平均光子数满足n＝0.5mn₀；

其中，m为光衰减器衰减因子，n₀为热态光信号经带通滤波器后的平均光子数，则热态的正则分量服从均值为零，方差为V_A＝mn₀的类高斯分布；其中，V_A的取值范围为大于0且小于80，并将其通过自由空间信道发送给Bob；

模块M1.2.2：Alice保留50:50光分束器分束的另一半热光信号在本地，并与Alice产生的连续相干光信号经光通过50:50光分束器分束的一部分光信号同时输入Hybrid光混合器，实现两路连续光信号的干涉，并通过量子平衡零差检测器获取初始密钥数据X，另一路通过偏振合束与信号光一起发送给Bob。

优选地，所述连续数据后处理模块包括：

模块M2.1：Bob和Alice进行初始连续密钥数据的无特殊调制帧的多轮位帧同步，并进行基于数据处理的相位补偿；

模块M1.2：Alice和Bob公布部分初始密钥数据进行参数评估，得到信号过噪声、调制方差以及信道透过率参数；

模块M1.3：Bob通过基于LDPC编码的高效率多维协商算法对相位补偿后的初始连续密钥数据进行纠错，输出一致的二进制共享密钥串；

模块M1.4：Bob通过信道参数计算Holevo限及合法通信方的互信息量，得到信息压缩率，最后通过保密增强输出最终密钥。

优选地，在Alice与Bob的光路中设置有隔离器及光检测器PD和光功率计以监控热态光源及本振光光强。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明可以将可以实现基于热态光源的自由空间信道下随路本振CVQKD安全成码，这是国际上目前可实现自由空间信道下安全成码的热态方案的首个方法；

2、本发明连续变量初始密钥分发步骤中的偏振光合束分束实现了热态光源方案下的偏振复用，使该方案中信号光与本振光能够在自由空间内随着信道特性变化保持稳定传输。

3、本发明连续数据后处理步骤中的多轮分块位帧同步算法与相位补偿算法可以对通信数据块大小进行调整，其中相位补偿算法可极大降低相位抖动带来的数据块过大引入的额外过噪声。可确保在室内范围内的自由空间安全成码。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为基于热态光源的连续变量量子密钥分发方法原理图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明实施例提供了一种基于热态源的自由空间连续变量量子密钥分发方法，参照图1所示，具体步骤如下：

连续变量初始密钥分发步骤：将发送方Alice利用热态源起偏分束后的正则分量X及P的检测结果，作为本地初始密钥；并将另一半热态光信号衰减后与本振光合束经过自由空间信道进行传输后，由接收方Bob进行检测，获得对应的初始连续密钥数据。在Alice与Bob的光路中设置有隔离器及光检测器PD和光功率计以监控热态光源及本振光光强。

具体地，该连续变量初始密钥分发步骤包括：

步骤S1.1：发送方Alice及接收方Bob对基于热态光源的连续变量量子密钥分发(CVQKD)系统进行通信初始化，包括对系统中的ASE(amplified spontaneous emission)热态源、相干光源、光放大器、光带通滤波器、偏振光分束器、90°光混合器(Hybrid)、量子平衡零差检测器以及控制电路进行初始化。

步骤S1.2：Alice端将所述ASE热态源经光放大器放大后通过窄带光滤波器，并通过50：50光分束器将其分为两路，一路经光衰减器后与相干光源经过50:50光分束器的一部分本振信号作为接收端本振光合束经自由空间信道发送给接收方Bob，一路留在本地，与另一半相干光信号同时输入光混合器进行量子平衡零差检测，同时获取热态的正则分量X和P作为初始密钥数据K1。

该步骤S1.2中，具体包括：

步骤S1.2.1：Alice通过调整ASE热态源、光放大器以及光衰减器进行平均光子数控制，使经50：50光分束器及衰减器的热态光信号光平均光子数满足n＝0.5mn₀；

其中，m为光衰减器衰减因子，n₀为热态光信号经带通滤波器后的平均光子数，则热态的正则分量服从均值为零，方差为V_A＝mn₀的类高斯分布；其中，V_A的取值范围为大于0且小于80，并将其通过自由空间信道发送给Bob。

步骤S1.2.2：Alice保留50:50光分束器分束的另一半热光信号在本地，并与Alice产生的连续相干光信号经光通过50:50光分束器分束的一部分光信号同时输入Hybrid光混合器，实现两路连续光信号的干涉，并通过量子平衡零差检测器获取初始密钥数据X(为热态光信号的正则分量X及P的值)，另一路通过偏振合束与信号光一起发送给Bob。

步骤S1.3：Bob将收到的Alice发送来的偏振复用信号解复用为本振信号和热态信号分别通过偏振控制输入光混合器进行量子平衡零差检测，获取接收到热态的正则分量X和P作为初始密钥数据K2。

由于使用偏振复用的随路本振方案，因此无需进行时分、波分复用的形式，无需进行脉冲调制，Alice和Bob可实现连续热态信号与连续相干光信号的干涉，并利用高带宽量子平衡外差检测及高带宽数据采集卡高速获取初始密钥数据，从而实现高码率连续变量量子密钥分发的同时降低了通信信道的要求，扩大了方案的适用范围。

连续数据后处理步骤：Bob对获得的所述初始连续密钥数据进行位帧同步、分块相位补偿、参数评估、纠错及保密增强，最终获取安全二进制比特密钥。

具体地，该连续数据后处理步骤包括：

步骤S2.1：Bob和Alice进行初始连续密钥数据的无特殊调制帧的多轮位帧同步，并进行基于数据处理的相位补偿。

步骤S1.2：Alice和Bob公布部分初始密钥数据进行参数评估，得到信号过噪声、调制方差以及信道透过率参数。

步骤S1.3：Bob通过基于LDPC编码的高效率多维协商算法对相位补偿后的初始连续密钥数据进行纠错，输出一致的二进制共享密钥串。

步骤S1.4：Bob通过信道参数计算Holevo限及合法通信方的互信息量，得到信息压缩率，最后通过保密增强输出最终密钥。

接下来，对本发明进行更为具体的说明。

本发明实施例提供一种基于热态源的自由空间连续变量量子密钥分发方法，如图1中所示：ASE(amplified spontaneous emission)为放大自发辐射热源，90°Hybrid为光混合器，内部包含两个50:50分束器，分别将输入的两路光信号分为两路，其中一个信号分束输出的其中一路光信号相位旋转90°，另一个分束输出则不改变相位，Hom为量子平衡零差检测器。

连续变量初始密钥分发步骤，具体为：

1)：Alice把热光源的输出使用一个50:50的光纤分束器分为两个空间模式mod1和mod2。

2)：对空间模式mod1进行外差探测同时测得X正则分量和P正则分量获得对应的初始连续密钥数据，同时将另一半热态光信号经过衰减后利用偏振分束器采用偏振复用的方式与本振相干光进行合束。

3)：从窃听者角度分析，我们传输的量子态是所有可能的相干态的混合，它只是具有平均光子数的热态。可以与高斯调制的连续变量量子密钥分发进行安全性等效。而由于不需要调制的优点，我们具有低成本轻量化实现自由空间量子密钥分发的能力和高理论生成密钥率的优势，我们的生成码率可以随着探测器的带宽而线性增长而不受限于编码带来的开销。

连续数据后处理步骤，具体为：Bob对获得的初始连续密钥数据进行位帧同步、分块相位补偿、参数评估、纠错及保密增强，最终获取安全二进制比特密钥。具体地，连续变量初始密钥分发步骤包括如下步骤：

1)：发送方Alice及接收方Bob对基于热态光源的连续变量量子密钥分发(CVQKD)系统进行通信初始化，包括对系统中的ASE(amplified spontaneous emission)热态源、相干光源、光放大器、光带通滤波器、偏振光分束器、90°光混合器(Hybrid)、量子平衡零差检测器以及控制电路进行初始化；

2)：Alice端将ASE热态源经光放大器放大后通过窄带光滤波器，并通过50：50光分束器将其分为两路，一路经光衰减器后与相干光源经过50:50光分束器的一部分本振信号作为接收端本振光合束经自由空间信道发送给接收方Bob，一路留在本地，与另一半相干光信号同时输入光混合器进行量子平衡零差检测，同时获取热态的正则分量X和P作为初始密钥数据K1。

该步骤2)中包括如下步骤：

Alice通过调整ASE光源、光放大器以及光衰减器进行平均光子数控制，使经50：50光分束器及衰减器的热态光信号光平均光子数满足n＝0.5mn₀；其中m为光衰减器衰减因子，n₀为热态光信号经带通滤波器后的平均光子数，则热态的正则分量服从均值为零，方差为V_A＝mn₀的高斯分布。

其中，V_A的取值范围为大于0且小于80,并将其通过单模光纤信道发送给Bob。

Alice保留50:50光分束器分束的另一半热光信号在本地，并与Alice产生的连续相干光信号经光衰减器控制光强后通过50:50光分束器分束的一部分光信号同时输入Hybrid混合器，实现两路连续光信号的干涉，并通过量子平衡零差检测器获取初始密钥数据X(为热态光信号的正则分量X及P的值)，另一路光纤发送给Bob。

在Alice与Bob的光路中设置有隔离器及光检测器PD以监控热态光源及本振光光强。

3)：Bob将收到的Alice发送来的偏振复用信号解复用为本振信号和热态信号分别通过偏振控制输入光混合器进行量子平衡零差检测，获取接收到热态的正则分量X和P作为初始密钥数据K2。优选地，由于使用两个光纤分别传输热态信号和本振信号，因此无需进行时分、波分及偏振复用的形式，无需进行脉冲调制，Alice和Bob可实现连续热态信号与连续相干光信号的干涉，并利用高带宽量子平衡外差检测及高带宽数据采集卡高速获取初始密钥数据，从而实现高码率连续变量量子密钥分发。

由于使用两个光纤分别传输热态信号和本振信号，因此无需进行时分、波分及偏振复用的形式，无需进行脉冲调制，Alice和Bob可实现连续热态信号与连续相干光信号的干涉，并利用高带宽量子平衡零差检测及高带宽数据采集卡高速获取初始密钥数据，从而实现高码率连续变量量子密钥分发。

本实施例中高带宽量子平衡零差检测器例如Thorlabs公司的产品PDB435C等。本实施例中ASE例如Golight公司的产品ASE Light Source等。本实施例中光放大器例如科扬光电公司的产品KY-EDFA-0-30-D-FA等。

连续数据后处理步骤具体包括如下步骤：

(1)、Bob和Alice进行初始连续密钥数据的无特殊调制帧的位帧同步，并进行基于数据处理的分块相位补偿。

其中，无特殊调制帧的位帧同步，本领域技术人员可以学习现有技术予以实现，例如可以参照中国发明专利文献公开的“量子密钥分发系统非特殊帧位帧同步方法及系统”(申请号：2019106418841，公开号：CN110213034A)实现所述的无特殊帧位帧同步，在该专利文献中，“无特殊调制帧的位帧同步”被称为“量子密钥分发系统非特殊帧位帧同步方法”。

基于数据处理的分块相位补偿，本领域技术人员可以通过学习现有技术予以实现，例如可以参照中国发明专利文献公开的“量子密钥分发系统相位补偿方法”(申请号201410567665.0，公开号CN104301101A)实现所述基于数据处理的相位补偿，在该专利文献中，“基于数据处理的相位补偿”被称为“量子密钥分发系统相位补偿”。对于分块相位补偿，主要是针对有限码长效应下成码的大数据块在相位不稳定情况下的补偿算法优化，能够明显降低光路不稳定时的数据过噪声。

(2)、Alice和Bob公布部分初始密钥数据进行参数评估，得到信号过噪声、调制方差以及信道透过率参数。

(3)、Bob通过基于LDPC编码的高效率多维协商算法对相位补偿后的初始连续密钥数据进行纠错，输出一致的二进制共享密钥串。

其中，基于LDPC编码的高效率多维协商算法为现有技术，本领域技术人员可以通过学习现有技术实现所述基于LDPC编码的高效率多维协商算法，例如学习论文“A.Leverrier,et al,Multidimensional reconciliation for a continuous-variablequantum key distribution.Phys.Rev.A 77(4),042325(2008).”，在该论文文献中，“基于LDPC编码的高效率多维协商算法”被称为“Multidimensional reconciliation”。

(4)、Bob通过信道参数计算Holevo限及合法通信方的互信息量，得到信息压缩率，最后通过保密增强输出最终密钥。所述计算的方法为公知技术，例如本领域技术人员可以参照论文“Weedbrook,C.et al.Gaussian quantum information.Rev.Mod.Phys.84,621(2012).”实现所述计算。

本发明通过优化CVQKD的发送端信源、编码调制、偏振复用、位帧同步及过噪声控制的技术，用于低成本化和简单化现有的高斯调制相干态CVQKD系统及其实现,同时提升CVQKD在短距离自由空间下的安全码率性能。本方法利用了热态正则分量的天然真随机性来实现连续变量量子密码通信中互不对易光场分量的高斯随机性编码，而只是等效地增加了部分编码信号的制备噪声，可在无需真随机数发生器及高斯调制的方法即可实现自由空间中高码率连续变量量子密钥分发。

具体地，不仅可以利用热光的天然涨落来匹配相干光高斯调制以后的光场，可实现等价于基于高斯调制的连续变量量子密钥分发的方案，而且只是增加了部分制备噪声，这些额外的制备噪声也可通过控制热态光源的平均光子数及衰减系数来控制。通过引入无特殊帧调制的多轮位帧同步算法、高效率协商算法、高带宽量子平衡外差检测器、高速数据采集以及基于数据处理的相位补偿算法，可实现无需量子随机数及强度与相位调制的CVQKD。值得注意的是：本发明的无特殊帧调制的多轮位帧同步算法针对的是偏振复用后测量得到的双方密钥数据，对于自由空间信道的信道特性抖动有着很好的适应性，是基于热态光源进行自由空间信道传输实现可安全成码的关键技术突破。实现的基于热态源的自由空间信道下随路本振连续变量量子密钥分发方法，能够以相对简单的实验方案和器件成本，实现高速且具有广泛应用价值的连续变量量子密钥分发。

综上，本发明实施例提供的一种基于热态源的自由空间连续变量量子密钥分发方法及系统，可以直接利用热态光源在自由空间信道中，实现高斯调制相干态连续变量量子密钥分发，而无需强度与相位调制器及随机数源，降低了连续变量量子密钥分发系统实现复杂度并为量子密钥分发系统提供了新的应用场景。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种基于热态源的自由空间连续变量量子密钥分发方法，其特征在于，包括：

连续变量初始密钥分发步骤：将发送方Alice利用热态源起偏分束后的正则分量X及P的检测结果，作为本地初始密钥；并将另一半热态光信号衰减后与本振光合束经过自由空间信道进行传输后，由接收方Bob进行检测，获得对应的初始连续密钥数据；

连续数据后处理步骤：Bob对获得的所述初始连续密钥数据进行位帧同步、分块相位补偿、参数评估、纠错及保密增强，最终获取安全二进制比特密钥。

2.根据权利要求1所述的基于热态源的自由空间连续变量量子密钥分发方法，其特征在于，所述连续变量初始密钥分发步骤包括：

步骤S1.1：发送方Alice及接收方Bob对基于热态光源的连续变量量子密钥分发系统进行通信初始化，包括对系统中的ASE热态源、相干光源、光放大器、光带通滤波器、偏振光分束器、90°光混合器Hybrid、量子平衡零差检测器以及控制电路进行初始化；

步骤S1.2：Alice端将所述ASE热态源经光放大器放大后通过窄带光滤波器，并通过50：50光分束器将其分为两路，一路经光衰减器后与相干光源经过50:50光分束器的一部分本振信号作为接收端本振光合束经自由空间信道发送给接收方Bob，一路留在本地，与另一半相干光信号同时输入光混合器进行量子平衡零差检测，同时获取热态的正则分量X和P作为初始密钥数据K1；

步骤S1.3：Bob将收到的Alice发送来的偏振复用信号解复用为本振信号和热态信号分别通过偏振控制输入光混合器进行量子平衡零差检测，获取接收到热态的正则分量X和P作为初始密钥数据K2。

3.根据权利要求2所述的基于热态源的自由空间连续变量量子密钥分发方法，其特征在于，所述步骤S1.2包括：

步骤S1.2.1：Alice通过调整ASE热态源、光放大器以及光衰减器进行平均光子数控制，使经50：50光分束器及衰减器的热态光信号光平均光子数满足n＝0.5mn₀；

其中，m为光衰减器衰减因子，n₀为热态光信号经带通滤波器后的平均光子数，则热态的正则分量服从均值为零，方差为V_A＝mn₀的类高斯分布；其中，V_A的取值范围为大于0且小于80，并将其通过自由空间信道发送给Bob；

步骤S1.2.2：Alice保留50:50光分束器分束的另一半热光信号在本地，并与Alice产生的连续相干光信号经光通过50:50光分束器分束的一部分光信号同时输入Hybrid光混合器，实现两路连续光信号的干涉，并通过量子平衡零差检测器获取初始密钥数据X，另一路通过偏振合束与信号光一起发送给Bob。

4.根据权利要求1所述的基于热态源的自由空间连续变量量子密钥分发方法，其特征在于，所述连续数据后处理步骤包括：

步骤S2.1：Bob和Alice进行初始连续密钥数据的无特殊调制帧的多轮位帧同步，并进行基于数据处理的相位补偿；

步骤S1.2：Alice和Bob公布部分初始密钥数据进行参数评估，得到信号过噪声、调制方差以及信道透过率参数；

步骤S1.3：Bob通过基于LDPC编码的高效率多维协商算法对相位补偿后的初始连续密钥数据进行纠错，输出一致的二进制共享密钥串；

步骤S1.4：Bob通过信道参数计算Holevo限及合法通信方的互信息量，得到信息压缩率，最后通过保密增强输出最终密钥。

5.根据权利要求1所述的基于热态源的自由空间连续变量量子密钥分发方法，其特征在于，在Alice与Bob的光路中设置有隔离器及光检测器PD和光功率计以监控热态光源及本振光光强。

6.一种基于热态源的自由空间连续变量量子密钥分发系统，其特征在于，包括：

连续变量初始密钥分发模块：将发送方Alice利用热态源起偏分束后的正则分量X及P的检测结果，作为本地初始密钥；并将另一半热态光信号衰减后与本振光合束经过自由空间信道进行传输后，由接收方Bob进行检测，获得对应的初始连续密钥数据；

连续数据后处理模块：Bob对获得的所述初始连续密钥数据进行位帧同步、分块相位补偿、参数评估、纠错及保密增强，最终获取安全二进制比特密钥。

7.根据权利要求6所述的基于热态源的自由空间连续变量量子密钥分发系统，其特征在于，所述连续变量初始密钥分发模块包括：

模块M1.1：发送方Alice及接收方Bob对基于热态光源的连续变量量子密钥分发系统进行通信初始化，包括对系统中的ASE热态源、相干光源、光放大器、光带通滤波器、偏振光分束器、90°光混合器Hybrid、量子平衡零差检测器以及控制电路进行初始化；

模块M1.2：Alice端将所述ASE热态源经光放大器放大后通过窄带光滤波器，并通过50：50光分束器将其分为两路，一路经光衰减器后与相干光源经过50:50光分束器的一部分本振信号作为接收端本振光合束经自由空间信道发送给接收方Bob，一路留在本地，与另一半相干光信号同时输入光混合器进行量子平衡零差检测，同时获取热态的正则分量X和P作为初始密钥数据K1；

模块M1.3：Bob将收到的Alice发送来的偏振复用信号解复用为本振信号和热态信号分别通过偏振控制输入光混合器进行量子平衡零差检测，获取接收到热态的正则分量X和P作为初始密钥数据K2。

8.根据权利要求7所述的基于热态源的自由空间连续变量量子密钥分发系统，其特征在于，所述模块M1.2包括：

模块M1.2.1：Alice通过调整ASE热态源、光放大器以及光衰减器进行平均光子数控制，使经50：50光分束器及衰减器的热态光信号光平均光子数满足n＝0.5mn₀；

其中，m为光衰减器衰减因子，n₀为热态光信号经带通滤波器后的平均光子数，则热态的正则分量服从均值为零，方差为V_A＝mn₀的类高斯分布；其中，V_A的取值范围为大于0且小于80，并将其通过自由空间信道发送给Bob；

模块M1.2.2：Alice保留50:50光分束器分束的另一半热光信号在本地，并与Alice产生的连续相干光信号经光通过50:50光分束器分束的一部分光信号同时输入Hybrid光混合器，实现两路连续光信号的干涉，并通过量子平衡零差检测器获取初始密钥数据X，另一路通过偏振合束与信号光一起发送给Bob。

9.根据权利要求6所述的基于热态源的自由空间连续变量量子密钥分发系统，其特征在于，所述连续数据后处理模块包括：

模块M2.1：Bob和Alice进行初始连续密钥数据的无特殊调制帧的多轮位帧同步，并进行基于数据处理的相位补偿；

模块M1.2：Alice和Bob公布部分初始密钥数据进行参数评估，得到信号过噪声、调制方差以及信道透过率参数；

模块M1.3：Bob通过基于LDPC编码的高效率多维协商算法对相位补偿后的初始连续密钥数据进行纠错，输出一致的二进制共享密钥串；

模块M1.4：Bob通过信道参数计算Holevo限及合法通信方的互信息量，得到信息压缩率，最后通过保密增强输出最终密钥。

10.根据权利要求6所述的基于热态源的自由空间连续变量量子密钥分发系统，其特征在于，在Alice与Bob的光路中设置有隔离器及光检测器PD和光功率计以监控热态光源及本振光光强。

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