CN116488805B - 量子密钥分发方法及系统、量子测量方法及设备 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种量子密钥分发方法，包括：在本轮量子检测中，第一通信端和第二通信端采用相同的量子相关光光源，分别产生第一相干光脉冲和第二相干光脉冲；单光子源产生第一、第二单光子脉冲；使用第一测量模块对第一单光子脉冲和第一相干态脉冲进行测量，得到第一测量结果；使用第二测量模块对第二单光子脉冲和第二相干态脉冲进行测量，得到第二测量结果；第一通信端和第二通信端，基于多轮量子检测各自得到的第一、第二测量结果执行后处理，分别生成第一量子密钥和第二量子密钥。根据本申请提供的方案，可以基于现有的光学通信设备，实现更长的通信距离或更高成码速率的量子密钥分发。

Description

量子密钥分发方法及系统、量子测量方法及设备
技术领域
本申请涉及量子通信技术领域，尤其涉及量子密钥分发方法及系统、量子测量方法及设备。
背景技术
量子密钥分发(quantum key distribution，QKD)技术基于量子力学原理，是目前唯一可以提供信息论安全的密钥的技术。它在各种保障高安全性的通信环境中有着广泛的应用，比如实用密码学、信息安全、国防等领域。
然而，由于目前实用化的量子中继器和量子存储仍然无法实现，导致量子密钥分发的通信距离和成码速率严重受限于信道传输信息的通过率。例如，在光纤通信中，信道通过率随着通信距离的增加而呈指数型衰减，导致长距离通信时的成码速率非常低。同时，由于探测器暗计数的影响，当通信距离超过500公里时，通信错误率会显著上升，使得上千公里的量子密钥分发难以实现。
因此，需要基于现有的光学通信设备，提出支持更长通信距离或更高成码速率的量子密钥分发方法。
发明内容
为了解决上述问题，本申请提出量子密钥分发方法及系统、量子测量方法及设备，能提支持更长通信距离或更高成码速率。
第一方面，本申请提供一种量子密钥分发方法，该方法包括：在本轮量子检测中，第一通信端和第二通信端采用相同的量子相关光光源，分别产生第一相干光脉冲和第二相干光脉冲；单光子源产生第一、第二单光子脉冲；使用第一测量模块对第一单光子脉冲和第一相干态脉冲进行测量，得到第一测量结果；使用第二测量模块对第二单光子脉冲和第二相干态脉冲进行测量，得到第二测量结果；第一通信端和第二通信端，基于多轮量子检测各自得到的第一、第二测量结果执行后处理，分别生成第一量子密钥和第二量子密钥。
由此，本申请基于现有的光学通信设备，引入单光子源联系通信双方的编码信息，将通信双方的信道分为两段，减少每段信道的长度，降低由于信道太长导致的信道传输信息通过率过低所带来的影响，从而增加了量子密钥分发的通信距离。另外，通过对每段信道上传输的信息分别进行测量，以及根据每段信道的测量结果共同辅助通信双方生成量子密钥，又能减少单方测量设备产生错误结果的影响，进一步提高量子密钥的成码率。在此基础上，还能有效实现通信双方编码信息的传输。
在一种可能的实现方式中，第一通信端、第二通信端、单光子源各自通过传输介质构成的传输链路连接至第一和第二测量模块，单光子源在传输链路中的部署位置，至少根据第一、第二通信端的设备指标，单光子源的效率参数，以及传输链路的信号传输性能确定。
在一种可能的实现方式中，第一、第二单光子脉冲是频率相同、幅值相关、方向不同的单光子脉冲。
在一种可能的实现方式中，第一测量模块包括第一分束器，第一单光子探测器，第二单光子探测器；使用第一测量模块对第一单光子脉冲和第一相干态脉冲进行测量，包括：使用第一分束器对第一单光子脉冲和第一相干态脉冲进行干涉，得到第一、第二干涉信号；使用第一、第二单光子探测器分别对第一、第二干涉信号进行测量，得到第一响应结果和第二响应结果；第一测量结果包括第一响应结果和第二响应结果。
在一种可能的实现方式中，第二测量模块包括第二分束器，第三单光子探测器，第四单光子探测器；使用第二测量模块对对第二单光子脉冲和第二相干态脉冲进行测量，包括：使用第二分束器对第二单光子脉冲和第二相干态脉冲进行干涉，得到第三、第四干涉信号；使用第三、第四单光子探测器分别对第三、第四干涉信号进行测量，得到第三响应结果和第四响应结果；第二测量结果包括第三响应结果和第四响应结果。
在一种可能的实现方式中，后处理包括，剔除目标轮次的结果，在目标轮次中，第一和第二测量结果中，至少一个测量结果的全部响应结果为无响应。
在一种可能的实现方式中，第一相干光脉冲具有第一相位、第一原始密钥位；第二相干光脉冲具有第二相位、第二原始密钥位；后处理包括：第一通信端基于第一、第二相位确定第一相位差；第一通信端基于第一、第二测量结果，以及第一相位差对第一原始密钥位进行选择性翻转，得到第一密钥位；或者第二通信端基于第一、第二相位确定第一相位差；第二通信端基于第一、第二测量结果，以及第一相位差对第二原始密钥位进行选择性翻转，得到第二密钥位。
在一种可能的实现方式中，第一相干光脉冲具有第一光强，第二相干光脉冲具有第二光强；后处理还包括：第一通信端基于多轮量子检测中每轮次产生的第一密钥位，以及对应轮次的第一光强生成第一量子密钥；第二通信端基于多轮量子检测中每轮次产生的第二原始密钥位，以及对应轮次的第二光强生成第二量子密钥；或者第一通信端基于多轮量子检测中每轮次产生的第一原始密钥位，以及对应轮次的第一光强生成第一量子密钥；第二通信端基于多轮量子检测中每轮次产生的第二密钥位，以及对应轮次的第二光强生成第二量子密钥。
在一种可能的实现方式中，在本轮量子检测之前，还包括：按照预设的时间间隔，对第一、第二通信端、单光子源进行时钟校准；以及对第一、第二通信端进行相位校准。
在一种可能的实现方式中，传输介质能够传输光脉冲信号。
第二方面，本申请提供一种量子测量方法，应用于测量设备，测量设备包括第一、第二测量模块和单光子源，方法包括：在本轮量子检测中，单光子源产生第一、第二单光子脉冲；第一测量模块接收第一相干光脉冲和第一单光子脉冲；第二测量模块接收第二相干光脉冲和第二单光子脉冲；第一、第二相干光脉冲分别由第一、第二通信端采用相同的量子相关光光源产生；第一测量模块对第一相干光脉冲和第一单光子脉冲进行测量，得到第一测量结果；第二测量模块对第二相干光脉冲和第二单光子脉冲进行测量，得到第二测量结果；第一和第二测量结果用于在第一通信端生成第一量子密钥，以及在第二通信端生成第二量子密钥。
在一种可能的实现方式中，第一测量模块包括第一分束器，第一单光子探测器，第二单光子探测器；第二测量模块包括第二分束器，第三单光子探测器，第四单光子探测器；第一测量模块对第一相干光脉冲和第一单光子脉冲进行测量，包括：第一分束器接收第一相干光脉冲，第一单光子脉冲，并对第一单光子脉冲和第一相干态脉冲进行干涉，得到第一、第二干涉信号；第一、第二单光子探测器分别对第一、第二干涉信号进行测量，得到第一响应结果和第二响应结果；第一测量结果包括第一响应结果和第二响应结果；以及第二测量模块对第二相干光脉冲和第二单光子脉冲进行测量，包括：第二分束器接收第二相干光脉冲，第二单光子脉冲，并对第二单光子脉冲和第二相干态脉冲进行干涉，得到第三、第四干涉信号；第三、第四单光子探测器分别对第三、第四干涉信号进行测量，得到第三响应结果和第四响应结果；第二测量结果包括第三响应结果和第四响应结果。
第三方面，本申请提供一种量子密钥分发系统，系统包括第一通信端、第二通信端、单光子源、第一测量模块和第二测量模块；单光子源通过传输介质构成的第一链路和第二链路，分别连接至第一测量模块和第二测量模块；第一通信端通过传输介质构成的第三链路连接至第一测量模块，第二通信端通过传输介质构成的第四链路连接至第二测量模块；其中：第一通信端，用于采用目标光源产生本轮量子检测的第一相干光脉冲；第二通信端，用于采用与目标光源相同的量子相关光光源产生本轮量子检测的第二相干光脉冲；单光子源，用于产生本轮量子检测的第一、第二单光子脉冲；第一测量模块，用于经由第一链路接收第一单光子脉冲，经由第三链路接收第一相干态脉冲，并对接收脉冲进行测量，得到第一测量结果；第二测量模块，用于经由第二链路接收第二单光子脉冲，经由第四链路接收第二相干态脉冲，并对接收脉冲进行测量，得到第二测量结果；第一通信端，还用于基于第一、第二测量结果生成第一量子密钥。第二通信端，还用于基于第一、第二测量结果生成第二量子密钥。
第四方面，本申请提供一种量子测量设备，设备包括第一、第二测量模块，以及单光子源；单光子源通过传输介质构成的第一链路和第二链路，分别连接至第一测量模块和第二测量模块；第一测量模块还通过传输介质构成的第三链路连接至外部的第一通信端；第二测量模块还通过传输介质构成的第四链路连接至外部的第二通信端；其中：单光子源用于产生第一、第二单光子脉冲；第一测量模块，用于经由第一链路接收第一单光子脉冲，经由第三链路接收第一通信端采用目标光源产生的第一相干光脉冲，并对接收脉冲进行测量，得到第一测量结果；第二测量模块，用于经由第二链路接收第二单光子脉冲，经由第四链路接收第二通信端采用与目标光源相同的量子相关光光源产生的第二相干态脉冲，并对接收脉冲进行测量，得到第二测量结果；第一、第二测量结果分别用于在第一通信端生成第一量子密钥，以及在第二通信端生成第二量子密钥。
在一种可能的实现方式中，第一测量模块包括第一分束器，第一单光子探测器，第二单光子探测器；第二测量模块包括第二分束器，第三单光子探测器，第四单光子探测器；第一分束器用于接收第一相干光脉冲，第一单光子脉冲，并对第一单光子脉冲和第一相干态脉冲进行干涉，得到第一、第二干涉信号；第一、第二单光子探测器，分别用于对第一、第二干涉信号进行测量，分别得到第一响应结果和第二响应结果，第一响应结果和第二响应结果构成第一测量结果；第二分束器用于接收第二相干光脉冲，第二单光子脉冲，并对第二单光子脉冲和第二相干态脉冲进行干涉，得到第三、第四干涉信号；第三、第四单光子探测器，分别用于对第三、第四干涉信号进行测量，分别得到第三响应结果和第四响应结果，第三响应结果和第四响应结果构成第二测量结果。
可以理解的是，上述第三方面至第四方面的有益效果可以参见上述第一方面至第二方面中的相关描述，在此不再赘述。
附图说明
为了更清楚说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需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申请的一些实施例，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是相关技术提供的一种量子密钥分发方法的示意图；
图2是本申请实施例提供的一种量子密钥分发系统的框架图；
图3是本申请实施例提供的一种量子测量模块的结构示意图；
图4是本申请实施例提供的一种量子密钥分发方法的流程图；
图5是本申请实施例提供的一种量子测量方法的流程图。
具体实施方式
为了使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。
在本申请实施例的描述中，“示例性的”、“例如”或者“举例来说”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请实施例中被描述为“示例性的”、“例如”或者“举例来说”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”、“例如”或者“举例来说”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
在本申请实施例的描述中，术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B这三种情况。另外，除非另有说明，术语“多个”的含义是指两个或两个以上。例如，多个系统是指两个或两个以上的系统，多个屏幕终端是指两个或两个以上的屏幕终端。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。
量子密钥分发，是利用量子力学特性来保证通信安全性，从而使通信的双方能够产生并分享一个随机的、安全的密钥，来加密和解密消息的技术。通信双方(例如为Alice和Bob)均具备建立量子信道所需的专用光学设备。一个常见的量子密钥分发过程，可以分为量子操作和数据后处理阶段。在量子操作阶段中，通过已建的量子信道进行量子态的制备(或称编码)、传输和测量(或称解码)。在数据后处理阶段，根据参数估计过程，通过对误码率等参数的评估识别当前是否存在窃听，然后通过密钥数据的纠错、校验、隐私放大等过程，保证收发两端得到完全一致的、安全的随机数，用于生成双方进行保密通信所需的对称密钥。
目前，量子密钥分发系统的实现方案可以分为以下几种：
第一种，仅基于现有的光学通信设备实现，该方案会导致长距离的通信难以实现高速的密钥传输。这主要是由于目前所使用设备的性能、传输信道的物理性质等因素决定的。一方面，传输信道距离的增加会导致信道干扰的增加，从而降低密钥成码速率；另一方面，比如探测器始终存在暗计数问题，即探测器有较低概率在未接收到光子时产生响应，而系统无法分辨响应结果是由信号光、还是由暗计数导致，使得结果中混入了错误探测，会进一步降低密钥成码速率。
第二种，在现有的光学通信设备基础上，基于可信中继实现。首先将点对点的量子密钥分发链路生成的密钥缓存在可信中继节点中。然后将通信所需的端到端密钥，利用多跳链路以加密方式逐跳在链路上进行传递，以实现信息理论安全的端到端密钥分发。该方案可以突破量子密钥分发链路传输距离限制，但要求密钥传输的中继节点必须可信，否则会导致密钥在传输过程中泄漏。
第三种，在现有的光学通信设备基础上，基于量子中继实现，利用量子纠缠原理实现量子态的存储、转发，以实现量子态的远距离分发。该方案中无需中继节点可信，但相关设备目前仍处于理论研究阶段，技术上难以实现。
示例性的，可以利用现有的光学通信设备，实现基于BB84协议的商用密钥分发系统，由发送端Alice向接收端Bob发送携带信息的单光子实现密钥的传输。而单光子如果在信道中丢失，那么密钥分发协议就无法实现。因此，信道通过率是BB84协议的成码速率的天然上界。除此之外，接收端Bob使用的探测器等测量设备的性能还会额外导致各种安全隐患。
为了提升密钥分发协议的安全性，图1中示出了相关技术提供的一种量子密钥分发方法的示意图。如图1所示，该方法中包含通信方Alice和Bob，以及第三方Charlie。该方法基于测量设备无关量子密钥分发系统(measurement-device-independent quantum keydistribution，MDI-QKD)实现，可以一定程度上避免由于探测器存在的暗计数问题对量子密钥分发安全性的影响。如图1所示，通信双方Alice端和Bob端均为发送端，分别生成第一随机编码、第二随机编码，并同时向信道中不受信任的第三方测量模块(例如Charlie端)，发送携带随机编码的单光子信号。Charlie端接收和处理第一单光子信号、第二单光子信号，并向通信双方公布两个单光子信号的干涉结果，辅助Alice端和Bob端生成相同的密钥。因为该系统可免疫对第三方Charlie端的攻击，所以提升了密钥的安全性。
但一方面，由于该第三方测量模块中的探测器始终存在暗计数问题，当通信距离进一步加长时，暗计数效应会进一步提高，使得最终结果中错误占比也进一步提高，最终导致系统无法产生任何有效的密钥。另一方面，该量子密钥分发系统中缺少中继设备，量子密钥分发的成码速率依然受限于信道传输信息的通过率。此方案中，量子密钥分发系统能够实现的极限通信距离难以超过800公里。
有鉴于此，本申请实施例基于现有的光学通信设备，引入单光子源联系通信双方的编码信息，将通信双方的信道分为两段，减少每段信道的长度，降低由于信道太长导致的信道传输信息通过率过低所带来的影响，从而增加了量子密钥分发的通信距离。另外，通过对每段信道上传输的信息分别进行测量，以及根据每段信道的测量结果共同辅助通信双方生成量子密钥，又能减少单方测量设备产生错误结果的影响，进一步提高量子密钥的成码率。在此基础上，还能有效实现通信双方编码信息的传输。
示例性的，图2中示出了本申请实施例提供的一种量子密钥分发系统的框架图。如图2所示，量子密钥分发系统中包括第一通信端210、第二通信端220，传输介质230、传输介质240、传输介质250、传输介质260，第一测量模块270、第二测量模块280和单光子源290。
第一通信端210、第二通信端220是实现端到端通信的双方，各自可以包括量子相干光光源，调制模块，随机数发生器，数据记录与后处理设备(比如具有计算、处理能力的设备、平台、服务器或设备集群等，通过在设备上进行程序编码实现数据分析后处理)。实际应用中，可能还包含光强衰减设备、时间校准装置与标定装置等辅助设备。
在第一通信端210、第二通信端220中，量子相干光光源可以采用脉冲模式的激光器来实现。激光器射出强激光，进入调制模块中，进行强度、相位的随机编码(由随机数发生器产生的随机数控制)，再使用光强衰减设备将强激光的光强衰减至单光子能量级。另外，调制模块将随机编码的光强和相位信息反馈至数据记录与后处理设备进行保存。
第一通信端210将调制后的相干光，通过传输介质230，传输到远距离处的第一测量模块270。第二通信端220将调制后的相干光，通过传输介质240，传输到远距离处的第二测量模块280。同时，单光子源290按照设定的频率发出单光子，经过分束器进行分束后得到第一单光子脉冲和第二单光子脉冲，并将这两个脉冲分别通过传输介质250发送至第一测量模块270、通过传输介质260发送至第二测量模块280。
第一测量模块270和第二测量模块280内部结构相同，分别由一个分光束和两个单光子探测器构成。
图3示出了本申请实施例提供的一种量子测量模块的结构示意图。如图3所示，以第一测量模块270为例，包括一个分束器，第一单光子探测器和第二单光子探测器。先利用分束器对来自第一通信端210的相干光，以及来自单光子源290的第一单光子脉冲进行干涉，再将干涉得到的两路光信号分别通过第一单光子探测器和第二单光子探测器进行探测，得到第一测量结果。第一测量模块270发布第一测量结果给第一通信端210和第二通信端220。同理，第二测量模块280执行类似的操作，不再赘述。
在单光子源290进行一定时间的单光子发射后，第一通信端210和第二通信端220各自根据接收到的测量结果、保存的随机编码信息进行数据后处理，得到安全的密钥。
传输介质230、传输介质240、传输介质250、传输介质260是用于传输光量子信息的介质。传输介质类型与长度根据实际使用环境与需要决定。
接下来，基于以上内容对本申请实施例提供的一种量子密钥分发方法进行介绍。
示例性的，图4中示出了本申请实施例提供的一种量子密钥分发方法的流程图。如图4所示，主要包括以下步骤：
步骤S401，在本轮量子检测中，第一通信端和第二通信端采用相同的量子相关光光源，分别产生第一相干光脉冲和第二相干光脉冲。单光子源产生第一、第二单光子脉冲。
在一个量子系统中，第一通信端210和第二通信端220是使用量子密钥进行通信的双方。第一通信端210和第二通信端220通过传输介质230、传输介质240、传输介质250、传输介质260进行连接。在量子通信系统中，使用光子的偏振态(也可以是光子的相位信息)传递信息。因此，传输介质230、传输介质240、传输介质250、传输介质260能够传输光脉冲信号，可能是光纤或者大气等。传输介质230、传输介质240、传输介质250、传输介质260之间的距离根据具体的使用环境确定，比如通信双方的物理条件分别、信道的稳定程度等。影响信道稳定程度的因素包括信道中相位的涨落速度。
在本实施例中，传输介质230、传输介质240、传输介质250、传输介质260是用于传输光量子信息的光纤。量子通信信道中传输的是衰减后的激光光子，所以使用的光纤可以是普通波长的光纤，比如，1550nm。
第一通信端210、第二通信端220、单光子源290各自通过传输介质构成的传输链路连接至第一测量模块270和第二测量模块280，单光子源290在传输链路中的部署位置，至少根据第一通信端210、第二通信端220的设备指标，单光子源290的效率参数，以及所述传输链路的信号传输性能确定。通过引入单光子源290，可以将第一通信端210和第二通信端220之间的传输链路分成两段。单光子源290部署在第一通信端210和第二通信端220之间的传输链路上，联系通信双方的编码信息。
在量子操作阶段，通信双方借助单光子源290，通过物理方法在二者之间分发量子态，并对其进行的测量，得到原始密钥。
具体的，一个量子操作阶段可以包含N轮的量子检测过程，每个量子检测过程可以产生一个密钥位。一个完整的量子检测过程包括量子态的制备、传输和测量。确定量子检测轮次的因素包括通信双方对量子密钥的要求、量子系统设备性能、第一通信端210和第二通信端220之间传输链路的距离等。比如，通信双方设定需要的量子密钥长度为100位，量子系统的量子密钥成码率约为10％，那么，通信双方进行量子检测的轮次大概为1000次。
示例性的，在第i(1≤i≤N)轮量子检测中，根据第一通信端210获取第一相干光脉冲，根据第二通信端220获取第二相干光脉冲。单光子源290基于预设频率持续发出单光子，并将单光子经过一个分束器分成两个不同路径的单光子脉冲。单光子源290中的分束器是一个光学干涉模块，分束参数可以是50：50，光干涉得到的第一、第二单光子脉冲频率相同、幅值相关、方向不同。单光子源290通过传输介质250将第一单光子脉冲发送到第一测量模块270，通过传输介质260将第二单光子脉冲发送到第二测量模块280。
在一种可能的实现方式中，也可以使用两个单光子源分别产生第一、第二相干光脉冲，只要产生的第一、第二相干光脉冲频率相同、幅值相关就可以，在此不做限定。
在第一通信端210中，可以通过量子相干光光源产生相干态脉冲，并通过强度和相位调制，制备一个光强为第一相位为/>的第一相干光脉冲。其中，光强/>在0，v，μ三个值中进行随机选择(0＜v＜μ)，相位/>从0到2π的D等分值，即/>中进行随机选择，κi a是第一原始密钥位，κi a∈{0，1}。对于第二通信端220，采用同样的方式，通过光源和调制模块制备一个光强为/>第二相位为/>的第二相干光脉冲。其中，/>是第二原始密钥位，/>
可以理解，在获取第一、第二单光子脉冲，以及本轮量子检测得到的第一、第二相干光脉冲之前，还需要按照预设的时间间隔对第一、第二通信端、单光子源进行时钟校准，以及对第一、第二通信端进行相位校准，以使第一、第二单光子脉冲，以及第一、第二相干光脉冲的频率相同。
由此，基于现有的光学通信设备，引入单光子源联系通信双方的编码信息，将通信双方的信道分为两段，减少每段信道的长度，降低由于信道太长导致的信道传输信息通过率过低所带来的影响，从而增加了量子密钥分发的通信距离。
步骤S402，使用第一测量模块对第一单光子脉冲和第一相干态脉冲进行测量，得到第一测量结果。使用第二测量模块对第二单光子脉冲和第二相干态脉冲进行测量，得到第二测量结果。
第一通信端210将调制后的第一相干光脉冲通过传输介质230发送到第一测量模块270。相应的，单光子源290将通过分束器得到的第一单光子脉冲通过传输介质250发送到第一测量模块270。
在第一测量模块270中，对第一单光子脉冲和第一相干态脉冲进行测量，得到第一测量结果。具体的，对第一单光子脉冲和第一相干态脉冲进行干涉，得到第一、第二干涉信号。将第一干涉信号用第一单光子探测器进行测量得到第一响应结果，将第二干涉信号用第二单光子探测器进行测量得到第二响应结果。根据两个单光子探测器的响应结果得到第一测量结果。第一测量模块270将第一测量结果发送给第一通信端210和第二通信端220。
在一个示例中，如果一个单光子探测器探测到有光子脉冲信号，则认为该单光子探测器有响应。根据第一单光子探测器和第二单光子探测器的响应结果得到第一测量结果。在第一测量模块270中，第一测量结果具体呈现的情况，如下表1所示：
表1
如表1所示，在第一测量模块270中，如果第一、第二单光子探测器均无响应，则认为该轮量子检测无测量结果。如果第一、第二单光子探测器中至少有一个有响应，则认为该轮量子检测有测量结果，并记录探测器的响应情况。
当第一、第二单光子探测器均有响应时，可以按照一定策略确定测量结果。比如，随机确定测量结果为：第一单光子探测器有响应，第二单光子探测器无响应，或者，第一单光子探测器无响应，第二单光子探测器有响应，两种情况的概率各为50％。
在第二测量模块280中，对第二单光子脉冲和第二相干态脉冲也进行上述过程的测量。相应的，对第二单光子脉冲和第二相干态脉冲进行干涉，得到第三、第四干涉信号。分别对第三、第四干涉信号进行测量，得到第三响应结果和第四响应结果。根据两个单光子探测器的响应结果得到第二测量结果。第二测量结果根据第三、第四单光子探测器的响应情况而具体呈现的情况和上述表1中的类似。在产生第二测量结果后，第二测量模块280将第二测量结果发送给第一通信端210和第二通信端220。
如上所述，在上述第一测量模块270和第二测量模块280中，采用贝尔态测量的方式进行测量，因而是不受信任的，可以免疫通信链路上所有对测量模块的攻击。其中，贝尔基测量是在四个贝尔态构成的基上对两个量子比特做测量，首先两个量子比特被转换到贝尔态上，然后在0和1基上做测量。以第一测量模块270为例，第一干涉信号中携带有第一单光子脉冲和第一相干态脉冲的量子比特信息，将第一干涉信号通过第一单光子探测器进行探测，探测结果包括第一单光子探测器有响应和无响应两种。
由此，通过在第一测量模块270和第二测量模块280中采用贝尔态测量的方式，可以维持系统测量设备无关的高安全性
在上述图2所示的量子密钥分发系统中，第一测量模块270在传输介质230和传输介质250之间的具体位置不受限制。
在一种实现方式中，如图2所示，将第一测量模块270、第二测量模块280分别作为单独的第三方。以第一测量模块270为例，将第一测量模块270布置在第一通信端210和单光子源290之间的链路上。其中，第一测量模块270通过介质230与第一通信端210连接，通过介质250与单光子源290连接。相应的，如图2所示，第二测量模块280具有类似布置，不再赘述。
在另一种实现方式中，可以省略传输介质250、传输介质260，将第一测量模块270、第二测量模块280、单光子源290整体看作一个第三方测量设备，放置在传输链路中的同一位置。
步骤S403，第一通信端和第二通信端，基于多轮量子检测各自得到的第一、第二测量结果执行后处理，分别生成第一量子密钥和第二量子密钥。
在数据后处理阶段，通信双方对原始密钥进行筛选和密钥提取。对原始密钥进行筛选和密钥提取的过程包括，相位匹配、筛选与密钥映射，参数估计和密钥提取。
示例性的，对经过N轮量子检测得到的测量结果，相关的后处理包括筛选出目标轮次、并剔除目标轮次的结果。在目标轮次中，对应的第一和第二测量结果中，至少一个测量结果的全部响应结果为无响应。
对于第一通信端210，第一相干光脉冲具有第一相位第一原始密钥位κi a。对于第二通信端220，第二相干光脉冲具有第二相位/>第二原始密钥位/>可以根据第一、第二相位确定第一相位差/>
在一个示例中，通过以下方式进行相位匹配、筛选与密钥映射。
剔除N轮量子检测中目标轮次的结果后，对于剩下的轮次，第一通信端210的数据记录与后处理设备存储第一、第二测量结果，根据第一、第二测量结果，以及第一相位差对第一原始密钥位κi a进行选择性翻转，得到第一密钥位。或者第二通信端220在得到第一、第二测量结果后，根据第一、第二测量结果，以及第一相位差/>对第二原始密钥位/>进行选择性翻转，得到第二密钥位。对第一通信端210或第二通信端220的密钥位进行翻转的目的是为了使双方的密钥位达到一致。在实际情况中，根据提前协商的策略，确定每次只对第一通信端210或第二通信端220的原始密钥位进行翻转。
具体的，以第二通信端220的原始密钥位进行翻转为例进行说明。第一通信端210和第二通信端220各自筛选出两个测量模块都有测量结果的轮数，并将这些轮中对应的κi a和作为自己的原始密钥位。如果两个测量模块发送的测量结果不一样，则第二通信端220翻转自己对应轮的原始密钥，即将0变为1，将1变为0。此后，第一通信端210和第二通信端220各自公布自己在对应轮的相位/>与/>并进行比对，双方均只保留满足第一相位差为0或者π的轮，且如果/>则第二通信端220对该轮原始密钥进行翻转。
接下来，通过以下方式进行参数估计和密钥提取。
若上述原始密钥位翻转的执行主体是第一通信端210，则第一通信端210基于多轮量子检测中每轮次产生的第一密钥位，以及对应轮次的第一光强生成所述第一量子密钥。第二通信端220基于多轮量子检测中每轮次产生的第二原始密钥位，以及对应轮次的第二光强/>生成第二量子密钥。若上述原始密钥位翻转的执行主体是第二通信端220，则第一通信端210基于多轮量子检测中每轮次产生的第一原始密钥位，以及对应轮次的第一光强生成第一量子密钥。第二通信端220基于多轮量子检测中每轮次产生的第二密钥位，以及对应轮次的第二光强/>生成第二量子密钥。
进一步的，第一通信端210和第二通信端220利用所有保留的数据对，通过传统的诱骗态方法，利用不同光强下的响应情况与误码情况进行参数估计。比如，对Z基矢的总误码率，Z基矢的单光子比例和X基矢的单光子误码率的估计。
再进一步的，第一通信端210和第二通信端220通过信息协商，确保Z基矢的原始密钥相同。再根据参数估计结果进行保密放大，通过Hashing矩阵提取安全的密钥。
最终，量子系统中通信双方分别生成的第一量子密钥和第二量子密钥是相同的。
以第一通信端210作为发送方，第二通信端220作为接收方为例，利用获得的量子密钥，第一通信端210可以把信息进行加密变成一段密文，第二通信端220将收到的密文解密，进而实现通信的完全保密。
由此，通过引入单光子源290将第一通信端210和第二通信端220之间的信道分成两段，并对每段信道上传输的信息分别进行测量，以及根据每段信道的测量结果共同辅助通信双方生成量子密钥，能减少单方测量设备产生错误结果的影响，进一步提高量子密钥的成码率。在此基础上，还能有效实现通信双方编码信息的传输。经测试发现，本方案能显著提升量子密钥分发的成码距离，使其在使用商用光纤的情况下通信距离突破1000km。
示例性的，图5中示出了本申请实施例提供的一种量子测量方法的流程图。如图5所示，该方法应用于测量设备Charlie端，Charlie端包括单光子源(对应图2中的单光子源290)、第一测量模块(对应图2中的第一测量模块270)和第二测量模块(对应图2中的第二测量模块280)。与Charlie端产生信息交互的设备方是Alice端(对应图2中的第一通信端210)和Bob端(对应图2中的第二通信端220)。该方法主要包括以下步骤：
步骤S501，生成第一相干光脉冲。
本实施例中，对于本轮量子检测，Alice端利用量子相干光光源采用脉冲模式产生强激光，发射进入调制模块中，进行强度、相位的随机编码(由随机数发生器产生的随机数控制)，再使用光强衰减设备将强激光的光强衰减至单光子能量级，得到第一相干光脉冲。另外，调制模块将随机编码的光强和相位信息反馈至数据记录与后处理设备进行保存。
步骤S502，生成第二相干光脉冲。
本实施例中，与步骤501类似，在Bob端生成第二相干光脉冲。
步骤S503，生成第一、第二单光子脉冲。
本实施例中，Charlie端的单光子源按照设定的频率发出单光子，使用50∶50的分束器进行分束后生成第一、第二单光子脉冲。第一、第二单光子脉冲是频率相同、幅值相关、方向不同的单光子脉冲。
步骤S504，发送第一相干光脉冲。
本实施例中，Alice端发送第一相干光脉冲到第一测量模块。
步骤S505，发送第二相干光脉冲。
本实施例中，Bob发送第二相干光脉冲到第二测量模块。
步骤S506，发送第一单光子脉冲。
本实施例中，Charlie端的单光子源发送第一单光子脉冲到第一测量模块。
步骤S507，发送第二单光子脉冲。
本实施例中，Charlie端的单光子源发送第二单光子脉冲到第二测量模块。
步骤S508，公布第一测量结果。
本实施例中，第一测量模块包括第一分束器、第一单光子探测器和第二单光子探测器。第一分束器接收第一相干光脉冲和第一单光子脉冲，对第一单光子脉冲和第一相干态脉冲进行干涉，得到第一、第二干涉信号。第一、第二单光子探测器分别对第一、第二干涉信号进行测量，得到第一响应结果和第二响应结果，并根据第一响应结果和第二响应结果得到第一测量结果。第一测量模块将第一测量结果通过传输介质发送给Alice端和Bob端。
步骤S509，公布第二测量结果。
本实施例中，对应步骤508，第二测量模块包括第二分束器、第三单光子探测器和第四单光子探测器。第二分束器接收第二相干光脉冲和第二单光子脉冲，对第二单光子脉冲和第二相干态脉冲进行干涉，得到第三、第四干涉信号。第三、第四单光子探测器分别对第三、第四干涉信号进行测量，得到第三响应结果和第四响应结果，并根据得到第三响应结果和第四响应结果得到第一测量结果。第二测量模块将第二测量结果通过传输介质发送给Alice端和Bob端。
在数据后处理阶段，Alice端基于第一测量模块发送的第一测量结果和第二测量模块发送的第二测量结果，生成第一量子密钥。Bob端基于第一测量模块发送的第一测量结果和第二测量模块发送的第二测量结果，生成第二量子密钥。
最终，量子系统中通信双方分别生成的第一量子密钥和第二量子密钥是相同的。
应当注意，尽管在上述实施例中，以特定顺序描述了本公开实施例的方法的操作，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些操作，或是必须执行全部所示的操作才能实现期望的结果。相反，流程图中描绘的步骤可以改变执行顺序。附加地或备选地，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，和/或将一个步骤分解为多个步骤执行。
与前述量子密钥分发方法、量子测量方法实施例相对应，本公开还提供了量子密钥分发系统以及量子测量设备的实施例。
示例性的，本申请实施例提供了一种量子密钥分发系统，如图2所示，该量子密钥分发系统包括，第一通信端210、第二通信端220、单光子源290、第一测量模块270和第二测量模块280。其中，单光子源290通过传输介质构成的第一链路和第二链路，分别连接至第一测量模块270和第二测量模块280。第一通信端210通过传输介质构成的第三链路连接至第一测量模块270，第二通信端210通过所述传输介质构成的第四链路连接至第二测量模块280。
第一通信端210，用于采用目标光源产生本轮量子检测的第一相干光脉冲。
第二通信端220，用于采用与目标光源相同的量子相关光光源产生本轮量子检测的第二相干光脉冲。
单光子源290，用于产生本轮量子检测的第一、第二单光子脉冲；
第一测量模块270，用于经由第一链路接收第一单光子脉冲，经由第三链路接收第一相干态脉冲，并对接收脉冲进行测量，得到第一测量结果。
第二测量模块280，用于经由第二链路接收第二单光子脉冲，经由第四链路接收第二相干态脉冲，并对接收脉冲进行测量，得到第二测量结果；
第一通信端210，还用于基于第一、第二测量结果生成第一量子密钥。
第二通信端220，还用于基于第一、第二测量结果生成第二量子密钥。
示例性的，本申请实施例提供了一种量子测量设备。如图2所示，量子测量设备包括第一270、第二测量模块280，以及单光子源290。其中，单光子源290通过传输介质构成的第一链路和第二链路，分别连接至第一测量模块270和第二测量模块280。第一测量模块270还通过传输介质构成的第三链路连接至外部的第一通信端210，第二测量模块280还通过传输介质构成的第四链路连接至外部的第二通信端220。
单光子源290，用于产生第一、第二单光子脉冲。
第一测量模块270，用于经由第一链路接收第一单光子脉冲，经由第三链路接收第一通信端采用目标光源产生的第一相干光脉冲，并对接收脉冲进行测量，得到第一测量结果.
第二测量模块280，用于经由第二链路接收第二单光子脉冲，经由第四链路接收第二通信端采用与目标光源相同的量子相关光光源产生的第二相干态脉冲，并对接收脉冲进行测量，得到第二测量结果。
第一、第二测量结果分别用于在第一通信端生成第一量子密钥，以及在第二通信端生成第二量子密钥。
在一些实施例中，第一测量模块270包括第一分束器，第一单光子探测器，第二单光子探测器。第二测量模块280包括第二分束器，第三单光子探测器，第四单光子探测器。
第一分束器用于接收第一相干光脉冲，第一单光子脉冲，并对第一单光子脉冲和第一相干态脉冲进行干涉，得到第一、第二干涉信号。第一、第二单光子探测器，分别用于对第一、第二干涉信号进行测量，分别得到第一响应结果和第二响应结果，第一响应结果和第二响应结果构成第一测量结果。
第二分束器用于接收第二相干光脉冲，第二单光子脉冲，并对第二单光子脉冲和第二相干态脉冲进行干涉，得到第三、第四干涉信号。第三、第四单光子探测器，分别用于对第三、第四干涉信号进行测量，分别得到第三响应结果和第四响应结果，第三响应结果和第四响应结果构成第二测量结果。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如，固态硬盘(solid state disk，SSD))等。
可以理解的是，在本申请的实施例中涉及的各种数字编号仅为描述方便进行的区分，并不用来限制本申请的实施例的范围。应理解，在本申请实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
以上所述的具体实施方式，对本申请的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本申请的保护范围，凡在本申请的技术方案的基础之上，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本申请的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种量子密钥分发方法，其特征在于，所述方法包括：
在本轮量子检测中，第一通信端和第二通信端采用相同的量子相干光光源，分别产生第一相干光脉冲和第二相干光脉冲；单光子源产生第一、第二单光子脉冲；所述第一相干光脉冲为第一相干态脉冲，所述第二相干光脉冲为第二相干态脉冲；所述单光子源部署在第一通信端和第二通信端之间的传输链路上，所述单光子源用于联系所述第一通信端和所述第二通信端的编码信息；
使用第一测量模块对所述第一单光子脉冲和所述第一相干态脉冲进行测量，得到第一测量结果；使用第二测量模块对所述第二单光子脉冲和所述第二相干态脉冲进行测量，得到第二测量结果；
所述第一通信端和第二通信端，基于多轮量子检测各自得到的所述第一、第二测量结果执行后处理，分别生成第一量子密钥和第二量子密钥。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一通信端、第二通信端、所述单光子源各自通过传输介质构成的传输链路连接至所述第一和第二测量模块，所述单光子源在所述传输链路中的部署位置，至少根据所述第一、第二通信端的设备指标，所述单光子源的效率参数，以及所述传输链路的信号传输性能确定。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一、第二单光子脉冲是频率相同、幅值相关、方向不同的单光子脉冲。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一测量模块包括第一分束器，第一单光子探测器，第二单光子探测器；
所述使用第一测量模块对所述第一单光子脉冲和所述第一相干态脉冲进行测量，包括：
使用所述第一分束器对所述第一单光子脉冲和所述第一相干态脉冲进行干涉，得到第一、第二干涉信号；
使用所述第一、第二单光子探测器分别对所述第一、第二干涉信号进行测量，得到第一响应结果和第二响应结果；所述第一响应结果和所述第二响应结果用于得到所述第一测量结果。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二测量模块包括第二分束器，第三单光子探测器，第四单光子探测器；
所述使用第二测量模块对所述第二单光子脉冲和所述第二相干态脉冲进行测量，包括：
使用所述第二分束器对所述第二单光子脉冲和所述第二相干态脉冲进行干涉，得到第三、第四干涉信号；
使用所述第三、第四单光子探测器分别对所述第三、第四干涉信号进行测量，得到第三响应结果和第四响应结果；所述第三响应结果和所述第四响应结果用于得到所述第二测量结果。
6.根据权利要求4或5所述的方法，所述后处理包括，剔除目标轮次的结果，在所述目标轮次中，所述第一和第二测量结果中，至少一个测量结果的全部响应结果为无响应。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一相干光脉冲具有第一相位、第一原始密钥位；所述第二相干光脉冲具有第二相位、第二原始密钥位；
所述后处理包括：
所述第一通信端基于所述第一、第二相位确定第一相位差；
所述第一通信端基于所述第一、第二测量结果，以及所述第一相位差对所述第一原始密钥位进行选择性翻转，得到第一密钥位；或者
所述第二通信端基于所述第一、第二相位确定第一相位差；
所述第二通信端基于所述第一、第二测量结果，以及所述第一相位差对所述第二原始密钥位进行选择性翻转，得到第二密钥位。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一相干光脉冲具有第一光强，所述第二相干光脉冲具有第二光强；
所述后处理还包括：
所述第一通信端基于所述多轮量子检测中每轮次产生的第一密钥位，以及对应轮次的第一光强生成所述第一量子密钥；
所述第二通信端基于所述多轮量子检测中每轮次产生的第二原始密钥位，以及对应轮次的第二光强生成所述第二量子密钥；或者
所述第一通信端基于所述多轮量子检测中每轮次产生的第一原始密钥位，以及对应轮次的第一光强生成所述第一量子密钥；
所述第二通信端基于所述多轮量子检测中每轮次产生的第二密钥位，以及对应轮次的第二光强生成所述第二量子密钥。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述本轮量子检测之前，还包括：
按照预设的时间间隔，对第一、第二通信端、单光子源进行时钟校准；以及
对第一、第二通信端进行相位校准。
10.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述传输介质能够传输光脉冲信号。
11.一种量子测量方法，应用于测量设备，所述测量设备包括第一、第二测量模块和单光子源，所述方法包括：
在本轮量子检测中，所述单光子源产生第一、第二单光子脉冲；所述第一测量模块接收第一相干光脉冲和第一单光子脉冲；所述第二测量模块接收第二相干光脉冲和第二单光子脉冲；所述第一、第二相干光脉冲分别由第一、第二通信端采用相同的量子相干光光源产生；所述第一相干光脉冲为第一相干态脉冲，所述第二相干光脉冲为第二相干态脉冲；所述单光子源部署在第一通信端和第二通信端之间的传输链路上，所述单光子源用于联系所述第一通信端和所述第二通信端的编码信息；
所述第一测量模块对所述第一相干光脉冲和所述第一单光子脉冲进行测量，得到第一测量结果；所述第二测量模块对所述第二相干光脉冲和所述第二单光子脉冲进行测量，得到第二测量结果；所述第一和第二测量结果用于在所述第一通信端生成第一量子密钥，以及在所述第二通信端生成第二量子密钥。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述第一测量模块包括第一分束器，第一单光子探测器，第二单光子探测器；所述第二测量模块包括第二分束器，第三单光子探测器，第四单光子探测器；
所述第一测量模块对所述第一相干光脉冲和所述第一单光子脉冲进行测量，包括：
所述第一分束器接收第一相干光脉冲，第一单光子脉冲，并对所述第一单光子脉冲和所述第一相干态脉冲进行干涉，得到第一、第二干涉信号；
所述第一、第二单光子探测器分别对所述第一、第二干涉信号进行测量，得到第一响应结果和第二响应结果；所述第一响应结果和所述第二响应结果用于得到所述第一测量结果；以及
所述第二测量模块对所述第二相干光脉冲和所述第二单光子脉冲进行测量，包括：
所述第二分束器接收第二相干光脉冲，第二单光子脉冲，并对所述第二单光子脉冲和所述第二相干态脉冲进行干涉，得到第三、第四干涉信号；
所述第三、第四单光子探测器分别对所述第三、第四干涉信号进行测量，得到第三响应结果和第四响应结果；所述第三响应结果和所述第四响应结果用于得到所述第二测量结果。
13.一种量子密钥分发系统，其特征在于，所述系统包括第一通信端、第二通信端、单光子源、第一测量模块和第二测量模块；所述单光子源通过传输介质构成的第一链路和第二链路，分别连接至所述第一测量模块和第二测量模块；所述第一通信端通过所述传输介质构成的第三链路连接至所述第一测量模块，所述第二通信端通过所述传输介质构成的第四链路连接至所述第二测量模块；其中：
所述第一通信端，用于采用目标光源产生本轮量子检测的第一相干光脉冲；所述第一相干光脉冲为第一相干态脉冲；
所述第二通信端，用于采用与所述目标光源相同的量子相干光光源产生本轮量子检测的第二相干光脉冲；所述第二相干光脉冲为第二相干态脉冲；
所述单光子源，用于产生本轮量子检测的第一、第二单光子脉冲；所述单光子源部署在第一通信端和第二通信端之间的传输链路上，所述单光子源用于联系所述第一通信端和所述第二通信端的编码信息；
所述第一测量模块，用于经由第一链路接收所述第一单光子脉冲，经由所述第三链路接收所述第一相干态脉冲，并对接收脉冲进行测量，得到第一测量结果；
所述第二测量模块，用于经由第二链路接收所述第二单光子脉冲，经由所述第四链路接收所述第二相干态脉冲，并对接收脉冲进行测量，得到第二测量结果；
所述第一通信端，还用于基于所述第一、第二测量结果生成第一量子密钥；
所述第二通信端，还用于基于所述第一、第二测量结果生成第二量子密钥。
14.一种量子测量设备，所述设备包括第一、第二测量模块，以及单光子源；所述单光子源通过传输介质构成的第一链路和第二链路，分别连接至所述第一测量模块和第二测量模块；所述第一测量模块还通过所述传输介质构成的第三链路连接至外部的第一通信端；所述第二测量模块还通过所述传输介质构成的第四链路连接至外部的第二通信端；其中：
所述单光子源用于产生第一、第二单光子脉冲；所述单光子源部署在第一通信端和第二通信端之间的传输链路上，所述单光子源用于联系所述第一通信端和所述第二通信端的编码信息；
所述第一测量模块，用于经由所述第一链路接收所述第一单光子脉冲，经由第三链路接收所述第一通信端采用目标光源产生的第一相干光脉冲，并对接收脉冲进行测量，得到第一测量结果；所述第一相干光脉冲为第一相干态脉冲；
所述第二测量模块，用于经由所述第二链路接收所述第二单光子脉冲，经由所述第四链路接收所述第二通信端采用与所述目标光源相同的量子相干光光源产生的第二相干态脉冲，并对接收脉冲进行测量，得到第二测量结果；所述第二相干态脉冲为第二相干光脉冲；
所述第一、第二测量结果用于在所述第一通信端生成第一量子密钥，以及所述第一、第二测量结果用于在所述第二通信端生成第二量子密钥。
15.根据权利要求14所述的设备，其特征在于，所述第一测量模块包括第一分束器，第一单光子探测器，第二单光子探测器；所述第二测量模块包括第二分束器，第三单光子探测器，第四单光子探测器；
所述第一分束器用于接收第一相干光脉冲，第一单光子脉冲，并对所述第一单光子脉冲和所述第一相干态脉冲进行干涉，得到第一、第二干涉信号；
所述第一、第二单光子探测器，分别用于对所述第一、第二干涉信号进行测量，分别得到第一响应结果和第二响应结果，所述第一响应结果和所述第二响应结果用于得到所述第一测量结果；
所述第二分束器用于接收第二相干光脉冲，第二单光子脉冲，并对所述第二单光子脉冲和所述第二相干态脉冲进行干涉，得到第三、第四干涉信号；
所述第三、第四单光子探测器，分别用于对所述第三、第四干涉信号进行测量，分别得到第三响应结果和第四响应结果，所述第三响应结果和所述第四响应结果用于得到所述第二测量结果。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109379188A (zh) * 2018-12-10 2019-02-22 山西大学 一种测量设备无关相位匹配量子密钥分发装置
CN110224825A (zh) * 2019-06-24 2019-09-10 南京邮电大学 一种基于预报单光子光源的相位匹配量子密钥分发方法
CN112688776A (zh) * 2020-12-28 2021-04-20 华南师范大学 一种多用户tf-qkd网络系统及方法
CN112929161A (zh) * 2021-01-22 2021-06-08 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
CN114448621A (zh) * 2022-01-21 2022-05-06 西安电子科技大学 一种多方双场量子密钥分发协议实现方法及系统

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109379188A (zh) * 2018-12-10 2019-02-22 山西大学 一种测量设备无关相位匹配量子密钥分发装置
CN110224825A (zh) * 2019-06-24 2019-09-10 南京邮电大学 一种基于预报单光子光源的相位匹配量子密钥分发方法
CN112688776A (zh) * 2020-12-28 2021-04-20 华南师范大学 一种多用户tf-qkd网络系统及方法
CN112929161A (zh) * 2021-01-22 2021-06-08 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
CN114448621A (zh) * 2022-01-21 2022-05-06 西安电子科技大学 一种多方双场量子密钥分发协议实现方法及系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
几类量子密钥分发协议的比较与分析;韩朵;李志慧;高菲菲;;量子光学学报(04);全文 *

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