CN207896974U - 一种量子密钥分发系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种量子密钥分发系统，该系统包括：发送端和接收端；所述发送端和接收端之间设置有量子信道和经典信道；所述发送端包括：激光器、第一量子随机数生成器、信号态和诱骗态编码器、相位调制器、第二量子随机数生成器、寄存器、第一收发器和第一量子密钥生成器；所述接收端包括：第一分束器、第二分束器、平移器、第三量子随机数生成器、第一探测器、第二探测器、第二收发器和第二量子密钥生成器。应用本实用新型可以降低整个系统对于信号数量的需求，提高系统的成码率，提高量子密钥的传输距离以及密钥生成速率。

Description

一种量子密钥分发系统

技术领域

本申请涉及量子通讯技术领域，尤其涉及一种基于诱骗态的量子密钥分发系统。

背景技术

量子密钥分发(Quantum Key Distribution,QKD)协议有这非常广泛的应用前景。它目前已经被广泛的应用在需要高级别安全的领域，比如国庆阅兵，全国人民代表大会以及一些银行及政府机构。与经典通信不同，量子密钥分发协议的安全性是由量子力学的基本定律保证的。其中，应用最广泛的就是BB84协议。

现有技术中的量子密钥分发协议的安全性是基于海森堡不确定关系，具体来说，就是对于信道的窃听操作将不可避免地对信道中被传输的信号产生干扰。也就是说，如果所传输的信息被窃听了，则通信双方所得到的原始密钥中就会有错误产生。因此，在一个量子密钥分发系统中，可以根据密钥的中错误的多少来估计可能被窃听的信息；然后，再经过后处理，即纠错过程来保证发送端和接受端的密钥是相同的；接着再经过隐私放大操作，将原始密钥中可能被窃听的部分取出抛弃掉，从而最终可以得到安全的密钥。

但是，在一个实际应用的系统中，接收端与发送端之间的原始密钥的不相同，往往并不是由于窃听产生的，而是由于设备的不完美以及通信中的噪声而产生的。因此，现有技术中常用的量子密钥分发协议中，通常会过分地高估被窃听的部分，从而导致在具体实现过程中出现当发送端与接收端之间的误码率超过11％时，就无法生成安全密钥。众所周知，在光纤中传输的信号的功率将随距离D的增加而呈指数衰减；同时，由于背景噪声的存在，当进行信号的远距离传输时，总会有一个时刻，背景噪声的强度将与信号的强度是相近的，此时的信号传输的误码率将会很高。因此，由于存在上述误码率的限制，现有技术中的量子密钥分发很难将信号传输到很远的距离。

为了解决上述问题，现有技术中提出了一种新的量子密钥分发的协议。在该协议中，由于使用的新的安全性分析方法，使得该协议没有了对于误码率的限制，即使是在误码率接近50％的时候也可以成码。

但是，在该协议中，需要L个脉冲(该L个脉冲可统称为一个信号态)共同参与才可以生成一个原始密钥。由于技术原因，脉冲的数量成为了限制该协议的系统性能的最大难点。原因在于：首先，很多个脉冲同时相干对于系统态的制备有着非常高的要求；同时，如果L的数量非常大，则在探测方面，对于延迟变换器件也会有着非常高的要求。另外，当L的数量过大时，如果光源的发送速率一定，则数量L本身对于成码率也会有着一种线性的降低。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种量子密钥分发系统，从而可以降低整个系统对于信号数量的需求，提高系统的成码率，提高量子密钥的传输距离以及密钥生成速率。

本实用新型的技术方案具体是这样实现的：

一种量子密钥分发系统，该系统包括：发送端和接收端；

所述发送端和接收端之间设置有量子信道和经典信道；

所述发送端包括：激光器、第一量子随机数生成器、信号态和诱骗态编码器、相位调制器、第二量子随机数生成器、寄存器、第一收发器和第一量子密钥生成器；

所述接收端包括：第一分束器、第二分束器、平移器、第三量子随机数生成器、第一探测器、第二探测器、第二收发器和第二量子密钥生成器；

所述激光器与信号态和诱骗态编码器的第一输入端连接；

所述第一量子随机数生成器分别与信号态和诱骗态编码器的第二输入端、第一量子密钥生成器和第一收发器连接；

所述信号态和诱骗态编码器的输出端与相位调制器的第一输入端连接；

所述第二量子随机数生成器分别与相位调制器的第二输入端和寄存器连接；

所述相位调制器的输出端通过量子信道与第一分束器的输入端连接；

所述第一收发器第一输出端通过经典信道与第二收发器连接；所述第一收发器的第二输出端与所述寄存器连接；

所述寄存器的输出端与所述第一量子密钥生成器连接；

所述第一分束器将所接收到的脉冲分别通过第一光路和第二光路发送到第二分束器；

所述第一光路和第二光路中的至少一个光路上设置有所述平移器；

所述第三量子随机数生成器与所述平移器连接；

所述第二分束器的第一输出端与第一探测器连接；

所述第二分束器的第二输出端与第二探测器连接；

所述第一探测器的输出端和所述第二探测器的输出端分别与所述第二量子密钥生成器连接；

所述第二量子密钥生成器与所述第二收发器连接。

较佳的，所述平移器设置在第一光路上。

较佳的，所述平移器设置在第二光路上。

较佳的，所述平移器为可控延迟线。

较佳的，所述系统还进一步包括：第四量子随机数生成器；

所述第四量子随机数生成器与所述激光器连接。

较佳的，所述系统还进一步包括：随机开关器；

所述随机开关器与所述激光器连接，用于随机开启或关闭所述激光器。

由上述技术方案可见，在现有技术中的量子密钥分发的协议中，由于态的估计并不精确，所以会造成过高估计可能被窃取的信息的问题。而在本实用新型的技术方案中，由于使用了诱骗态进行编码，因此可以精确地估计窃听者Eve可能窃取到的信息，而不用过高估计可能被窃取的信息，从而可以大大降低整个系统对于信号数量L的需求，同时也提高了整个量子密钥分发系统的成码率，提高了量子密钥的传输距离以及密钥生成速率。

附图说明

图1为本实用新型实施例中的量子密钥分发系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本实用新型作进一步详细的说明。

图1为本实用新型实施例中的量子密钥分发系统的结构示意图。如图1所示，本实用新型实施例中的量子密钥分发系统包括：发送端10和接收端20；

所述发送端10和接收端20之间设置有量子信道30和经典信道40；

所述发送端10包括：激光器11、第一量子随机数生成器12、信号态和诱骗态编码器13、相位调制器14、第二量子随机数生成器15、寄存器16、第一收发器17和第一量子密钥生成器18；

所述接收端20包括：第一分束器21、第二分束器22、平移器23、第三量子随机数生成器24、第一探测器D1、第二探测器D2、第二收发器27和第二量子密钥生成器28；

所述激光器11与信号态和诱骗态编码器13的第一输入端连接；

所述第一量子随机数生成器12分别与信号态和诱骗态编码器13的第二输入端、第一量子密钥生成器18和第一收发器17连接；

所述信号态和诱骗态编码器13的输出端与相位调制器14的第一输入端连接；

所述第二量子随机数生成器15分别与相位调制器14的第二输入端和寄存器16连接；

所述相位调制器14的输出端通过量子信道30与第一分束器21的输入端连接；

所述第一收发器17的第一输出端通过经典信道40与第二收发器27连接；所述第一收发器17的第二输出端与所述寄存器16连接；

所述寄存器16的输出端与所述第一量子密钥生成器18连接；

所述第一分束器21将所接收到的脉冲分别通过第一光路211和第二光路212发送到第二分束器22；

所述第一光路211和第二光路212中的至少一个光路上设置有所述平移器23(图1中所示的平移器23设置在第一光路211上)；

所述第三量子随机数生成器24与所述平移器23连接；

所述第二分束器22的第一输出端与第一探测器D1连接；

所述第二分束器22的第二输出端与第二探测器D2连接；

所述第一探测器D1的输出端和所述第二探测器D2的输出端分别与所述第二量子密钥生成器28连接；

所述第二量子密钥生成器28与所述第二收发器27连接。

根据上述的量子密钥分发系统的结构可知，发送端的激光器可以以时间间隔T生成N个脉冲序列，并将所生成的脉冲序列发送给信号态和诱骗态编码器。其中，N为自然数，一个脉冲序列是由L个脉冲组成的，因此可以将一个脉冲序列作为一个量子态。

另外，在本实用新型的技术方案中，N和L均为自然数。可以根据实际应用情况的需要，预先设置上述N和L的取值。具体的设置方法在此不再赘述。

另外，第一量子随机数生成器可以生成N个随机二进制数(例如，取值为0或1的数)，并将所生成的随机二进制数发送给信号态和诱骗态编码器、第一量子密钥生成器和第一收发器。因此可知，第一量子随机数生成器所生成的随机二进制数的数目与激光器生成的脉冲序列的数目N相等。

信号态和诱骗态编码器可以根据第一量子随机数生成器生成的随机二进制数，对激光器所生成的脉冲序列(即量子态)进行调制(编码)，从而生成相应的信号态或诱骗态。其中，所述信号态的L个脉冲的总光强大于所述诱骗态的L个脉冲的总光强。

例如，如果第一量子随机数生成器生成的第n(n≤N)个随机二进制数是0，则将激光器所生成的第n个脉冲序列调制成诱骗态；如果第一量子随机数生成器生成的第n个随机二进制数是1，则将激光器所生成的第n个脉冲序列调制成信号态；反之亦可。或者，也可以是其它的调制方式，在此不再一一赘述。

信号态和诱骗态编码器将所生成的信号态或诱骗态发送给相位调制器。

另外，第二量子随机数生成器可以生成N个随机二进制序列，且每个随机二进制序列中均包括L个随机二进制数；然后，第二量子随机数生成器将所生成的随机二进制序列发送给相位调制器和寄存器。因此可知，第二量子随机数生成器所生成的随机二进制序列的数目与信号态和诱骗态编码器所生成的信号态和诱骗态的总数N相等，每个随机二进制序列中的随机二进制数的数目与一个信号态或诱骗态中的脉冲的数目L相等。

相位调制器可以根据第二量子随机数生成器生成的随机二进制序列，对信号态和诱骗态编码器所生成的信号态或诱骗态中的各个脉冲的相位进行调制，从而对各个信号态或诱骗态中的各个脉冲进行编码。

例如，如果第二量子随机数生成器生成的第n(n≤N)个随机二进制序列中的第l(l≤L)个随机二进制数是0，则将信号态和诱骗态编码器所生成的第n个量子态(即信号态或诱骗态)中的第l个脉冲的相位被调制为相对于该量子态的总相位的偏移为0(即该第l个脉冲的相位偏移为0)；如果第二量子随机数生成器生成的第n(n≤N)个随机二进制序列中的第l(l≤L)个随机二进制数是1，则将信号态和诱骗态编码器所生成的第n个量子态(即信号态或诱骗态)中的第l个脉冲的相位被调制为相对于该量子态的总相位的偏移为π(即该第l个脉冲的相位偏移为π)；反之亦可。或者，也可以是其它的调制方式，在此不再一一赘述。

通过上述的相位调制，即可完成对各个信号态或诱骗态中的各个脉冲的编码。例如，在本实用新型的技术方案中，发送端和接收端可以事先约定编码方式。例如，可以事先约定，将相位偏移为0的脉冲视为编码为0，将相位偏移为π的脉冲视为编码为1；反之亦可。或者，也可以是其它的编码方式，在此不再一一赘述。

相位调制器将编码后的信号态或诱骗态发送给接收端的第一分束器(BeamSplitter)。

第一分束器将所接收到的信号态或诱骗态分别通过第一光路和第二光路发送到第二分束器；

另外，第三量子随机数生成器可以为第一分束器接收到的每个信号态或诱骗态都制备一个随机数r，并将所生成的随机数r发送给平移器；其中，r∈{1-L，2-L，…，-1，1，…，L-1}，即r的取值为上述(2L-2)个值中的一个；其中，L为一个脉冲序列(即信号态或诱骗态)中的脉冲的数目。而且，每个随机数r分别对应于第一分束器接收到的一个脉冲序列。也就是说，第三量子随机数生成器所生成的随机数的数目与第一分束器接收到的脉冲序列的数目相等。例如，当第一分束器接收到N个包括L个脉冲的脉冲序列时，第三量子随机数生成器将生成N个随机数r。

所述平移器可以设置在所述第一光路和第二光路中的至少一个光路上。例如，所述平移器可以设置在第一光路上(如图1所示)，也可以设置在第二光路上(图中未示出)；也可以在第一光路和第二光路上都设置一个平移器(图中未示出)。

所述平移器根据随机数r对其所在光路上的信号态或诱骗态中的脉冲进行平移。

例如，如果随机数r大于0，则将其所在光路上的信号态或诱骗态中的脉冲向后平移rT时长(即延迟rT时长)；如果随机数r小于0，则将其所在光路上的信号态或诱骗态中的脉冲向前平移rT时长(其效果也相当于将另一个光路上的脉冲向后平移rT时长，即延迟rT时长)。其中，T为激光器发送脉冲序列的时间间隔，即相邻脉冲序列间的时隙。

例如，较佳的，在本实用新型的具体实施例中，所述平移器可以是可控延迟线，从而来实现上述的平移。

例如，当需要将一个光路上的脉冲向后平移时，则将该可控延迟线接入到该脉冲所在的光路上。

同理，当需要将一个光路上脉冲向前平移时，则将该可控延迟线接入到另一个光路上。

第二分束器将所接收到的脉冲分别发送给第一探测器D1和第二探测器D2。

例如，第二分束器将从第一光路211接收到的脉冲分别发送给第一探测器D1和第二探测器D2，将从第二光路212接收到的脉冲也分别发送给第一探测器D1和第二探测器D2。

当第一分束器接收到一个脉冲序列(即量子态)时，该脉冲序列中的L个脉冲将分别通过第一光路和第二光路发送给第二分束器。

由于在第一光路和第二光路中的至少一个光路上设置了平移器，并通过平移器对两个光路中的一个光路进行了延迟，使得通过两个光路分别到达第二分束器的同一个脉冲序列中的两个脉冲(例如，第i个脉冲和第j个脉冲，其中，0≤j＝i+r≤L-1)在第二分束器处发生干涉，然后可通过第一探测器D1和第二探测器D2进行测量。

例如，在本实用新型的技术方案中，可以进行预先设定，使得当两个在第二分束器处发生干涉的脉冲之间的相位差为0时，第一探测器D1将检测到光子，而当两个在第二分束器处发生干涉的脉冲之间的相位差为π时，第二探测器D2将检测到光子；反之亦可。

当第一探测器D1或第二探测器D2测量到一个光子时，即可将测量结果(即检测到一个光子)以及测量结果所对应的两个脉冲在脉冲序列中的位置(i，j)发送给第二量子密钥生成器。

例如，当第一探测器D1或第二探测器D2检测到一个光子时(可称为一个成功探测事件)，记录测量结果以及当前的两个脉冲在脉冲序列中的位置(i，j)，并将测量结果(即检测到一个光子)和当前的两个脉冲在脉冲序列中的位置(i，j)发送给第二量子密钥生成器。

随后，第二量子密钥生成器可以将两个脉冲在脉冲序列中的位置(i，j)发送给第二收发器，第二收发器将接收到的位置(i，j)通过经典信道40(即非量子信道的通信信道，例如，现有技术中常用的通信信道等)发送给发生端的第一收发器，而第一收发器则将接收到的位置(i，j)发送给寄存器，寄存器再将接收到的位置(i，j)和第二量子随机数生成器生成的随机二进制序列发送给第一量子密钥生成器。

另外，第一收发器也可以将第一量子随机数生成器生成的随机二进制数通过经典信道40发送给第二收发器，第二收发器将第一量子随机数生成器生成的随机二进制数发送给第二量子密钥生成器。

此时，第一量子密钥生成器和第二量子密钥生成器均可获知第一量子随机数生成器生成的随机二进制数以及测量结果所对应的两个脉冲在脉冲序列中的位置(i，j)，并根据上述信息得到原始的量子密钥。

例如，在本实用新型的技术方案中，发送端和接收端可以事先约定原始的量子密钥的编码方式。

例如，可以事先约定，如果第一探测器D1检测到光子，则该成功探测事件对应的编码为0；如果第二探测器D1检测到光子，则该成功探测事件对应的编码为1；反之亦可。或者，也可以是其它的编码方式，在此不再一一赘述。

然后，第一量子密钥生成器和第二量子密钥生成器均对得到的原始的量子密钥进行纠错和隐私放大操作等操作，得到最终的量子密钥。

另外，在本实用新型的技术方案中，由于本申请中的第一量子随机数生成器、第二量子随机数生成器和第三量子随机数生成器均为量子随机数生成器，因此所生产的随机数均为量子随机数，即真随机数。

另外，在本实用新型的技术方案中，激光器所生产的量子态(即脉冲序列)的总相位可以是随机的，也可以是不变的。

例如，较佳的，在本实用新型的一个具体实施例中，上述的量子密钥分发系统还可以进一步包括：第四量子随机数生成器(图中未示出)；

所述第四量子随机数生成器与所述激光器连接。

所述第四量子随机数生成器可以生成N个随机数，并将所生成的随机数发送给所述激光器，以进行总相位随机化；因此可知，第四量子随机数生成器所生成的随机数的数目与激光器生成的脉冲序列的数目N相等。

所述激光器可以根据所述第四量子随机数生成器生成的随机数对所生产的量子态(即脉冲序列)的总相位进行偏移，并将偏移总相位的量子态发送给信号态和诱骗态编码器。

在该具体实施例中，第四量子随机数生成器所生成的随机数的取值范围并不限定为只能为0或1，而可以是任意取值的随机数。此时，激光器所生产的量子态(即脉冲序列)的总相位是完全随机的。

例如，较佳的，在本实用新型的一个具体实施例中，上述的量子密钥分发系统也可以进一步包括：随机开关器(图中未示出)；

所述随机开关器与所述激光器连接，所述随机开关器用于随机开启或关闭所述激光器。

由于激光器中除了受激辐射之外，还有自发辐射。其中，受激辐射是可控的，但是自发辐射是不可控的、随机的。所以，通过上述随机开关器随机地开启或关闭所述激光器，可以使得该激光器在开、关操作的瞬间所产生的量子态(即脉冲序列)的总相位也是完全随机的。

因此可知，在本实用新型中，可以使用上述的量子密钥分发系统通过如下的步骤来得到最终的安全的量子密钥：

步骤301，发送端随机制备N个由L个脉冲组成的量子态，同时为每个量子态都制备一个第一随机二进制数。

在本实用新型的技术方案中，发送端可以使用激光器随机生成N个脉冲序列，且每个脉冲序列都是由L个脉冲组成的，因此可以将一个脉冲序列作为一个量子态。另外，还可同时为每个量子态都制备一个第一随机二进制数。例如，可以通过第一量子随机数生成器生成N个第一随机二进制数(例如，取值为0或1的数)。

另外，在本实用新型的技术方案中，N和L均为自然数。可以根据实际应用情况的需要，预先设置上述N和L的取值。具体的设置方法在此不再赘述。

另外，较佳的，在本实用新型的一个具体实施例中，所述发送端随机制备N个由L个脉冲组成的量子态可以包括如下的步骤：

步骤41，生成N个第三随机数，并将所生成的随机数发送给激光器。

例如，在本实用新型的一个较佳具体实施例中，可以通过上述的第四量子随机数生成器生成N个第三随机数，并将所生成的N个第三随机数发送给激光器。

步骤42，所述激光器根据所述N个第三随机数对所生成的N个量子态的总相位进行偏移，并得到所制备的N个量子态。

由于所生成的N个第三随机数与激光器所生成的N个量子态一一对应，因此，所述激光器可以根据所述N个第三随机数对所生成的N个量子态的总相位进行偏移，并得到所制备的N个量子态。

通过上述的步骤41～42，即可生成总相位完全随机的量子态。

步骤302，发送端根据所制备的第一随机二进制数，将所制备的量子态编码为信号态或诱骗态；其中，所述信号态的L个脉冲的总光强大于所述诱骗态的L个脉冲的总光强。

由于在上述的步骤301中，发送端已经制备了量子态和第一随机二进制数，因此在本步骤中，可以通过信号态和诱骗态编码器并根据所制备的第一随机二进制数对所制备的量子态进行编码操作，将量子态编码为信号态或诱骗态。

例如，如果第n(n≤N)个第一随机二进制数是0，则将第n个量子态编码成诱骗态(例如，使得该量子态中的L个脉冲的总光强为mu)；如果第n个第一随机二进制数是1，则将第n个量子态编码成信号态(例如，使得该量子态中的L个脉冲的总光强为nu)；反之亦可。或者，也可以是其它的调制方式，在此不再一一赘述。

另外，如果设诱骗态中的L个脉冲的总光强为mu，信号态中的L个脉冲的总光强为mu，则mu＞nu。

步骤303，发送端制备N个随机二进制序列，每个随机二进制序列中均包括L个第二随机二进制数，并根据所述随机二进制序列中的第二随机二进制数，对每个信号态或诱骗态中的每一个脉冲的相位进行调制，使得同一个信号态或诱骗态中的L个脉冲相对于该信号态或诱骗态的总相位的相位偏移为0或π。

例如，具体来说，较佳的，在本实用新型的一个具体实施例中，可以通过如下的方式对同一个信号态或诱骗态中的L个脉冲中的每一个脉冲进行相位调制：

如果第n(n≤N)个随机二进制序列中的第l(l≤L)个第二随机二进制数是0，则将信号态和诱骗态编码器所生成的第n个量子态(即信号态或诱骗态)中的第l个脉冲的相位调制为相对于该量子态的总相位的偏移为0(即该第l个脉冲的相位偏移为0)；

如果第n(n≤N)个随机二进制序列中的第l(l≤L)个第二随机二进制数是1，则将信号态和诱骗态编码器所生成的第n个量子态(即信号态或诱骗态)中的第l个脉冲的相位调制为相对于该量子态的总相位的偏移为π(即该第l个脉冲的相位偏移为π)；反之亦可。或者，也可以是其它的调制方式，在此不再一一赘述。

通过上述的相位调制，即可完成对各个信号态或诱骗态中的各个脉冲的编码。例如，在本实用新型的技术方案中，发送端和接收端可以事先约定编码方式。例如，可以事先约定，将相位偏移为0的脉冲视为编码为0，将相位偏移为π的脉冲视为编码为1；反之亦可。或者，也可以是其它的编码方式，在此不再一一赘述。

步骤304，发送端将调制后的信息态和诱骗态发给接收端。

另外，在本实用新型的技术方案中，发送端还可以将所制备的第一随机二进制数通过经典信道发送给接收端。

例如，在本实用新型的一个具体实施例中，发送端可以通过上述的第一收发器将所制备的第一随机二进制数通过经典信道发送给接收端的第二收发器。

步骤305，接收端为接收到的每个信号态或诱骗态都制备一个随机数r。

在本步骤中，接收端将接收发送端发送的调制后的信号态和诱骗态，并为所接收到的每一个信号态或诱骗态都制备一个随机数r。

例如，如果接收端接收到N个量子态(即信号态或诱骗态)，每个量子态中包括L个脉冲，则接收端将为每一个信号态或诱骗态都制备一个随机数r，即制备N个随机数r。其中，r∈{1-L，2-L，…，-1，1，…，L-1}，即r的取值为上述(2L-2)个值中的一个。

步骤306，接收端使用第一分束器将接收到的每一个信号态或诱骗态都通过第一光路和第二光路发送到第二分束器，所述第一光路和第二光路中的至少一个光路上设置有平移器，所述平移器根据对应的随机数r对其所在光路上的信号态或诱骗态中的脉冲进行平移。

例如，在本实用新型的一个较佳实施例中，如果与其所在光路上的信号态或诱骗态中的脉冲对应的随机数r大于0，则将该脉冲向后平移rT时长(即延迟rT时长)；

如果与其所在光路上的信号态或诱骗态中的脉冲对应的随机数r小于0，则将该脉冲向前平移rT时长(其效果也相当于将另一个光路上的脉冲向后平移rT时长，即延迟rT时长)。

其中，T为激光器发送脉冲序列的时间间隔，即相邻脉冲序列间的时隙。

步骤307，接收端使用第二分束器将所接收到的脉冲分别发送给第一探测器D1和第二探测器D2。

例如，第二分束器将从第一光路211接收到的脉冲分别发送给第一探测器D1和第二探测器D2，将从第二光路212接收到的脉冲也分别发送给第一探测器D1和第二探测器D2。

步骤308，当第一探测器D1或第二探测器D2测量到一个光子时，记录测量结果以及测量结果所对应的两个脉冲在脉冲序列中的位置(i，j)，并将当前的两个脉冲在脉冲序列中的位置(i，j)发送给发送端。

例如，当第一探测器D1或第二探测器D2检测到一个光子时(可称为一个成功探测事件)，记录测量结果以及当前的两个脉冲在脉冲序列中的位置(i，j)，并将当前的两个脉冲在脉冲序列中的位置(i，j)通过经典信道发送给发送端。

步骤309，发送端和接收端生成原始的量子密钥。

在本实用新型的技术方案中，由于发送端和接收端均可获知第一随机二进制数以及测量结果所对应的两个脉冲在脉冲序列中的位置(i，j)，因此发送端和接收端可以根据上述信息得到原始的量子密钥。

例如，在本实用新型的技术方案中，发送端和接收端可以事先约定原始的量子密钥的编码方式。

例如，可以事先约定，如果第一探测器D1检测到光子，则该成功探测事件对应的编码为0；如果第二探测器D1检测到光子，则该成功探测事件对应的编码为1；反之亦可。或者，也可以是其它的编码方式，在此不再一一赘述。

步骤310，发送端和接收端分别对原始密钥进行纠错和隐私放大操作，得到最终的量子密钥。

在本步骤中，发送端和接收端可以通过现有技术中常用的方法，分别对原始密钥进行纠错和隐私放大操作，得到最终的量子密钥。

通过上述的步骤301～310，即可得到最终的安全的量子密钥。

综上所述，在现有技术中的量子密钥分发的协议中，由于态的估计并不精确，所以会造成过高估计可能被窃取的信息的问题。而在本实用新型的技术方案中，由于使用了诱骗态进行编码，因此可以精确地估计窃听者Eve可能窃取到的信息，而不用过高估计可能被窃取的信息，从而可以大大降低整个系统对于信号数量L的需求，同时也提高了整个量子密钥分发系统的成码率，提高了量子密钥的传输距离以及密钥生成速率。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型保护的范围之内。

Claims (6)

1.一种量子密钥分发系统，其特征在于，该系统包括：发送端和接收端；

所述发送端和接收端之间设置有量子信道和经典信道；

所述发送端包括：激光器、第一量子随机数生成器、信号态和诱骗态编码器、相位调制器、第二量子随机数生成器、寄存器、第一收发器和第一量子密钥生成器；

所述接收端包括：第一分束器、第二分束器、平移器、第三量子随机数生成器、第一探测器、第二探测器、第二收发器和第二量子密钥生成器；

所述激光器与信号态和诱骗态编码器的第一输入端连接；

所述第一量子随机数生成器分别与信号态和诱骗态编码器的第二输入端、第一量子密钥生成器和第一收发器连接；

所述信号态和诱骗态编码器的输出端与相位调制器的第一输入端连接；

所述第二量子随机数生成器分别与相位调制器的第二输入端和寄存器连接；

所述相位调制器的输出端通过量子信道与第一分束器的输入端连接；

所述第一收发器第一输出端通过经典信道与第二收发器连接；所述第一收发器的第二输出端与所述寄存器连接；

所述寄存器的输出端与所述第一量子密钥生成器连接；

所述第一分束器将所接收到的脉冲分别通过第一光路和第二光路发送到第二分束器；

所述第一光路和第二光路中的至少一个光路上设置有所述平移器；

所述第三量子随机数生成器与所述平移器连接；

所述第二分束器的第一输出端与第一探测器连接；

所述第二分束器的第二输出端与第二探测器连接；

所述第一探测器的输出端和所述第二探测器的输出端分别与所述第二量子密钥生成器连接；

所述第二量子密钥生成器与所述第二收发器连接。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：

所述平移器设置在第一光路上。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：

所述平移器设置在第二光路上。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：

所述平移器为可控延迟线。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还进一步包括：第四量子随机数生成器；

所述第四量子随机数生成器与所述激光器连接。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还进一步包括：随机开关器；

所述随机开关器与所述激光器连接，用于随机开启或关闭所述激光器。