CN208956064U - 包含至少三方的量子通信装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种包含至少三方的量子通信装置，所述至少三方包括至少两个用户和至少一个中继点，其中，该装置包括：控制器，用于确定至少两个用户的待发送信号的信号态光强和至少一个诱导态光强的比例、以及信号态光强和诱导态光强的强度参数；调制器，与所述控制器连接，用于根据所述比例和强度参数，调制所述待发送信号，并将调整后的待发送信号发送至至少一个中继点。本实用新型适用于非对称信道和对称信道，尤其是当不同用户使用非对称信道传输信息时，不需在一侧信道添加损耗，只需通过调节光强的比例和强度参数即可补偿信道的损失，完成通信的过程。

Description

包含至少三方的量子通信装置

技术领域

本实用新型涉量子通信领域，尤其涉及一种包含至少三方的量子通信装置。

背景技术

量子密钥分配(QKD)系统允许两个用户通过一个量子信道分享一对随机的密钥。在Bennett和Brassard提出的BB84协议(“Quantum cryptography：Public keydistribution and coin tossing”by C Bennett，G Brassard，InternationalConference on Computer System and Signal Processing，IEEE(1984))中，一位用户制备并发送随机处于两个非正交基矢之一的量子信号。另一个用户也随机选择两个基矢之一并对接收到的量子信号进行测量。他们筛选出两者都选择了同一组基矢的事件，并在通过一个公开的经典信道通信之后，进行纠错(error-correction)和隐私放大(privacyamplification)，最终获得一对密钥。

纠错和隐私放大的算法的例子有低密度奇偶校验码(LDPC)(一种能够高度抵抗噪声的纠错码)，以及随机全域哈希(random universal hashing)函数(这通常是用Toeplitz矩阵哈希函数实现的)，例如使用LDPC和Toeplitz哈希来进行纠错和隐私放大。

诱导态量子密钥分配网络，一般使用更加有实用性的衰减激光脉冲来编码信息，这也称为弱相干脉冲光源(WCP)。信息的编码可以采用偏振编码、时间态(time-bin)编码，或者相位编码。用户从数种光强(称为诱导态光强和信号光强)中随机选择一个光强来编码。之后，用户可以对使用信号光强传输的那部分数据进行纠错，生成原始密钥。同时，用户通过分析诱导态的数据则可以得知需要对原始密钥进行多少隐私放大。通过这种方式，用户可以在使用WCP光源的同时保证协议的安全性。

测量设备无关量子密钥分配网络(MDI-QKD)涉及到三方：两个用户、以及一个第三方中继点。两个用户各通过一个量子信道连接至第三方。他们各自制备并通过一个独立的量子信道发送信号，并令其在第三方处相互干涉。第三方则测量干涉的结果并公开将其宣布。两个用户能够通过分析这些公开结果生成一对密钥，而这不需要两者对第三方中继点(即测量设备)的信任。

测量设备无关量子密钥分配网络通常和诱导态一起使用。在现有的系统中，两个用户在实验中会选择相同的一组诱导态光强(这一组可以是三种或者四种光强)以及发送这些光强的比例。

在现有的测量设备无关量子密钥分配网络的实验中，都要求两个量子信道有相似(即“对称”)的损耗，如果两个量子信道是非对称的，系统的成码率则会大大降低，甚至不能成码。因此，现有的系统都要么被限制于信道近似对称的情况下，要么不得不故意在一侧信道中添加损耗，以换得更高的信道对称性，即在一侧信道添加了额外的光纤以增加损耗，从而换取更高的对称性。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型的目的在于提供一种包含至少三方的量子通信装置，以解决上述的至少一项技术问题。

(二)技术方案

本实用新型提供了一种包含至少三方的量子通信装置，所述至少三方包括至少两个用户和至少一个中继点，其中，该装置包括：

控制器，用于确定至少两个用户的待发送信号的信号态光强和至少一个诱导态光强的比例、以及信号态光强和诱导态光强的强度参数；

调制器，与所述控制器连接，用于根据所述比例和强度参数，调制所述待发送信号，并将调整后的待发送信号发送至至少一个中继点。

在本发明的一些实施例中，所述至少两个用户通过非对称的信道发送所述调制后的待发送信号，且所述用户的信号态光强和诱导态光强不相同，所述控制器还用于通过局部搜索算法或者全局优化算法，确定至少两个用户的待发送信号的信号态光强和至少一个诱导态光强的比例、以及信号态光强和诱导态光强的强度参数。

在本发明的一些实施例中，所述局部搜索算法包括坐标下降法和梯度下降法；所述全局优化算法包括基因算法。

在本发明的一些实施例中，所述至少两个用户包括第一用户和第二用户，所述至少一个诱导态光强包括两个非真空诱导态光强和一个真空诱导态光强，所述第一用户待发送信号的信号态光强、两个非真空诱导态光强和一个真空诱导态光强的强度参数表示为s_A，μ_A，ν_A，ω，第一用户待发送信号的信号态光强和两个非真空诱导态光强的比例表示为所述第二用户待发送信号的信号态光强、两个非真空诱导态光强和一个真空诱导态光强的强度参数表示为s_B，μ_B，ν_B，ω，第二用户待发送信号的信号态光强和两个非真空诱导态光强的比例表示为其中，分别指第一用户的信号态光强和两个非真空诱导态光强的概率，分别指第二用户的信号态光强和两个非真空诱导态光强的概率，且所述信号态光强与诱导态光强为正交基矢。

在本发明的一些实施例中，所述控制器还用于将s_A，μ_A，ν_A，s_B，μ_B，ν_B转换为极坐标参数，得到：

θ_s＝tan^-1(s_A/s_B)，

θ_μ＝tan^-1(μ_A/μ_B)，

θ_v＝tan^-1(ν_A/ν_B)，其中，θ_μ＝θ_ν。

在本发明的一些实施例中，所述调制器还包括：光强调制器、相位调制器、声光学调制器和偏振调制器，用于根据所述比例和强度参数，调制所述待发送信号，并将该待发送信号发送至至少一个中继点。

在本发明的一些实施例中，所述装置还包括：测试单元，用于中继点向与之通信的第一用户和第二用户进行交换测试或者贝尔态测试，从而实现测量设备无关量子密钥分配协议或者双场量子密钥分配协议，并将测试后的结果发送至第一用户和第二用户。

(三)有益效果

本实用新型的包含至少三方的量子通信装置，相较于现有技术，至少具有以下优点：

1、本实用新型适用于非对称信道和对称信道，尤其是当不同用户使用非对称信道传输信息时，不需在一侧信道添加损耗，只需通过调节光强的比例和强度参数即可补偿信道的损失，完成通信的过程。可见，本实用新型不需与传统方法一样额外引入光纤等硬件设施，简化了结构和方法，同时，还能提高成码率以及拓展密钥分配的安全距离。

2、适用于不同的量子通信协议，具有较好的普适性。

附图说明

图1为现有技术的对称的测量设备无关量子密钥分配网络的结构示意图；

图2为现有技术的测量设备无关量子密钥分配网络中的部分结构示意图；

图3为非对称的量子通信示意图；

图4A为本实用新型实施例的包含至少三方的量子通信装置的结构示意图；

图4B为本实用新型第一实施例的包含至少三方的量子通信装置的应用场景图；

图5为现有协议与本实用新型的七态协议的对比示意图；

图6为本实用新型的七态协议中需要优化的变量的示意图；

图7为本实用新型实施例的采用坐标下降法进行变量优化的示意图；

图8为本实用新型实施例的采用迭代搜索法进行变量优化的示意图

图9为现有协议与本实用新型的七态协议的成码率的对比示意图；

图10为本实用新型第一实施例的包含至少三方的量子通信装置应用于一包含单个中继点的量子密钥分配网络的示意图；

图11为本实用新型第二实施例的包含至少三方的量子通信装置应用于另一包含多个中继点的量子密钥分配网络的示意图；

图12为本实用新型实施例的包含至少三方的量子通信装置应用于船只对船只的基于自由空间的量子密钥分配网络的示意图；

图13为本实用新型实施例的包含至少三方的量子通信装置应用于卫星-地面间的基于自由空间的量子密钥分配网络的示意图；

图14为本实用新型实施例的包含至少三方的量子通信装置应用于卫星-地面间的基于自由空间的量子密钥分配网络的示意图；

图15为本实用新型实施例的两个用户分别通过一个自由空间信道和一个光纤信道连接至中继点的示意图；

图16为本实用新型实施例的单臂情形下的量子密钥分配网络的示意图；

图17为本实用新型实施例的包含至少三方的量子通信方法的步骤示意图。

具体实施方式

图1为现有技术的对称的测量设备无关量子密钥分配网络的结构示意图，如图1所示，用户100和102通过量子信道104、106连接到第三方中继点108，其信道中有着相同(或相似)的损耗。

图2为现有技术的测量设备无关量子密钥分配网络中的部分结构示意图，如图2所示，第一用户(用户1)和第二用户(用户2)的实验室在图中标记为200和202。用户1(用户2)令激光从光源214(216)中发出，使用衰减器218(220)将其衰减到单光子水平，使用光强调制器234(236)将其波形调制成脉冲，使用相位调制器226(228)将其相位随机化，使用声光学调制器230(232)将其光强调制成不同的诱导态光强，并使用偏振调制器234(236)将其编码为量子比特。

在图2中，使用的是偏振编码，不过编码方式并不局限于偏振编码。比如，此处234和236也可以用非对称Mach-Zehnder干涉仪(AMZI)和相位调制器代替，从而实现时间-相位编码(time-bin phase encoding)。所有的仪器都遵从238(240)的控制逻辑。这里的控制逻辑包含了经典计算机、随机数发生器，以及控制电路。量子信号208和210(以弱相干脉冲的形式)分别通过量子信道204和206被发送给第三方中继点212。此处略去了212中测量设备的具体细节。

图3为现有技术的非对称的量子通信示意图，如图3所示，用户300和310通过量子信道304和306连接到中继点308，但是他们的信道有着不同程度的损耗。因为测量设备无关量子密钥分配网络的成码率取决于量子信道之间的对称新，用户2可以选择故意加入一些损耗(比如一段光纤)314，即从310位置移动到312位置。在这里，项目310、312、314都位于用户2的实验室302中，并被用户2完全控制。尽管这样的系统设计能够增加对称性，这个设计依然成码率很低，并且仅仅能够在低信道损耗的情况下使用。

可见，在现有的量子通信系统的实验中，都要求两个量子信道有相似(即“对称”)的损耗，如果两个量子信道是非对称的，则会在一侧信道中添加损耗，以换得更高的信道对称性，导致该量子通信系统的结构复杂，实用性不强。有鉴于此，本实用新型提供了一种包含至少三方的量子通信装置及方法，适用于非对称信道和对称信道，尤其是当不同用户使用非对称信道传输信息时，不需在一侧信道添加损耗，只需通过调节光强的比例和强度参数即可补偿信道的损失，完成通信的过程。

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。

本实用新型实施例的一方面，提供了一种包含至少三方的量子通信装置，所述至少三方包括至少两个用户和至少一个中继点，如图4A所示，该装置包括：

控制器41，用于确定至少两个用户的待发送信号的信号态光强和至少一个诱导态光强的比例、以及信号态光强和诱导态光强的强度参数；

调制器42，与所述控制器连接，用于根据所述比例和强度参数，调制所述待发送信号，并将调整后的待发送信号发送至至少一个中继点。所述调制器还包括：光强调制器、相位调制器、声光学调制器和偏振调制器，用于根据所述比例和强度参数，调制所述待发送信号，并将该待发送信号发送至至少一个中继点。

其中，上述的中继点可以与至少两个用户坐落于不同的设备中，此时，三方之间则存在两条信道；中继点亦可以和用户之一坐落于同一个设施内，此时实际上，该装置/方法可以仅仅包含两端：一个用户、以及另一个同时控制着中继点的用户。此时在两端之间仅仅有一条信道。

所述装置中，每个用户都拥有一对控制器和调制器。每个控制器都连接到对应用户的调制器。用户的控制器之间可以通过经典信道相连，并可以共同决定所有用户的待发送信号的信号态光强和至少一个诱导态光强的比例、以及信号态光强和诱导态光强的强度参数。

所述装置还可以包括：测试单元，用于中继点向与之通信的第一用户和第二用户进行交换测试或者贝尔态测试，从而实现测量设备无关量子密钥分配协议或者双场量子密钥分配协议，并将测试后的结果发送至第一用户和第二用户。

还需说明的是，本实用新型不仅仅可以应用于测量设备无关量子密钥分配协议和双场量子密钥分配协议，也可以用于其它的量子密钥分配协议，例如比特承诺(bitcommitment)、隐蔽传输(oblivious transfer)、硬币投掷(coin flipping)、量子隐态传输(teleportation)，或者盲量子计算(blind quantum computing)。尽管此处的最佳实施例仅仅涉及三方(用户和中继点)，本实用新型可以应用于任意广义的量子网络，包括全球量子网络。

如图4B所示，信道404和406的损耗可以是任意值。控制器进行参数优化，并为两个用户的光强调制器选择最佳的两组诱导态的光强。对于有较高损耗的信道，最佳的光强通常会更强一些(而它们的具体最佳值可以通过数值优化来得到)，如同图中的信道404和信号脉冲410、以及图中的信道406和信号脉冲412之间的关系一样。最佳的成码率通过优化诱导态的光强而得到，而此优化不需要在信道中额外添加任何损耗。

如图5所示，以四态测量设备无关量子密钥分配协议为例。在四态协议(现有协议)中，每个用户使用四个光强(s，μ，ν，ω)来编码信息，在这里s是信号态光强，并仅仅在Z基矢中编码，而μ，ν，ω是诱导态光强，其中包括两个非真空诱导态光强μ，ν和一个真空诱导态光强ω，并仅仅在X基矢中编码。通过将量子信号编码在这些光强中，用户可以实现测量设备无关量子密钥分配。需要注意的一点是，此协议仅仅考虑了两个用户使用同样的一组光强的情形。

需要说明的是，本实用新型可能应用到更多的诱导态、或者更少的诱导态的情况下，例如一个信号态+两个诱导态的情况。在本实用新型中，允许每个用户使用不同的光强，即第一用户(用户1)使用(s_A，μ_A，ν_A，ω)，而第二用户(用户2)使用(s_B，μ_B，ν_B，ω)，从而形成一个新协议即“七态协议”，在这里，两个用户的ω光强都是指真空态，因此是相同的。不同的光强能够有效地补偿信道损耗的非对称性。这能够令七态协议对非对称的信道有高得多的适应性，在任意的非对称情形下都能够使用。

为了实现此协议并且得到高成码率，需要找到最佳的光强以及发送它们的比例。在这里，图6列出了需要优化的变量。特别地，对于七态协议这一实施例来说，有12个需要优化的参数：

其中，用户去待发送信号的信号态光强和两个非真空诱导态光强的比例表示为(即用户1的信号态光强和两个非真空诱导态光强的概率)，用户2待发送信号的信号态光强和两个非真空诱导态光强的比例表示为(即第二用户的信号态光强和两个非真空诱导态光强的概率)。

在实际应用中，为了增加参数搜索的稳定性，6个光强参数应当以极坐标来表示：

θ_s＝tan^-1(s_A/s_B)，θ_μ＝tan^-1(μ_A/μ_B)，θ_ν＝tan^-1(ν_A/ν_B)。

同时，对于七态协议来说，此处可以将θ_μ＝θ_ν绑定为同一个变量，并同时搜索它们(因为这两个变量的的最佳值在七态协议中总是相等的)。因此，使用七态协议时，实际需要优化的参数有11个。

如图7所示，可以通过坐标下降法(coordinate descent)的局部搜索算法对光强和光强比例进行优化。此算法能够快速地搜索大量的参数，轮流沿着每个坐标轴方向进行一维搜索(即一次搜索一个变量，并保持其它变量不变。在此变量的最佳值被找到之后，移动到下一个变量，并依次迭代。当所有的变量都被搜索过一遍的时候，重新从第一个变量开始继续优化，以此循环直到达到最大迭代次数为止)。

如图8所示，通过迭代搜索法对于每个变量的一维搜索，可以通过使用自适应的搜索分辨率来进一步对其加速。首先，一个最初的步长被决定，算法依据此步长以低分辨率遍历搜索范围(此步骤可以有效地被并行化实现)。之后，可以重定义搜索范围为前一次搜索得到的最佳值的左侧和右侧一个步长的位置，将新的搜索步长减小，并在新的范围内以更高分辨率进行搜索。此过程可以不断迭代，直到最大迭代深度被达到为止。

同时将坐标下降法和迭代搜索法结合，可以以非常高的速度和准确度进行优化(此过程在普通计算机上仅需要不到0.1秒)。如此高的优化速度也能够允许控制器在现场进行实时优化。

需要注意的是，坐标下降法和迭代搜索法并非唯一的局部搜索算法，同时局部搜索也并不是在这里能够使用的唯一的优化算法。例如，可以用梯度下降法(gradientdescent)(另一种局部搜索算法)来代替坐标下降法，如图7中的虚线所示。此外，还可以全局优化算法，例如基因算法(genetic algorithm)，也可以用于本实用新型中的参数优化，此处不再赘述。

如图9所示，图中所示的是成码率(每发送一个脉冲能够得到的密钥比特数)的四条等高线。这里的仿真考虑了有限长度效应(finite-size effects)并使用了较小的数据长度N＝10¹¹，以及使用了以下实验参数：探测器暗计数率(dark count rate)8×10^-7(每个脉冲)，探测器效率65％，基矢校准错误(misalignment)0.5％，以及纠错效率1.16。可见，现有协议仅仅能够在信道近似对称的位置提供高成码率，而七态协议几乎完全不受两个用户信道的对称性的影响，在任意的信道组合下皆能够提供高成码率。

在A点(100km，0km)处，只有七态协议能够生成非零的成码率：每脉冲6.59×10^-10，而现有的四态协议无法生成任何安全密钥。在B点(50km，0km)处，七态协议能够获得高达四态协议的1585％倍的成码率。类似地，即使在只有中等程度非对称性的位置，比如C点(60km，30km)，D点(50km，20km)，及E点(40km，10km)处，七态协议的成码率分别是四态协议的301％，219％，177％倍。同时，以标准光纤中的最大距离作为标准，如果用户1的信道固定在0km，并要求最小成码率为10^-8的话，使用七态协议可以将用户2的信道的最大距离增加高达37.5km(从58km增加至95.5km)。这展示了在信道不对称的情况下，七态协议对现有协议的巨大优势。比起现有协议，新的协议能够大大地拓展测量设备无关量子密钥分配可以应用到的场景。

本实用新型的装置也同时考虑到了有限长度效应，并且在数据长度较小的情况下依然能够得到不错的成码率。作为一个实施例，七态协议能够同时在数据长度较小以及信道高度不对称的情况下以高成码率通信。(在图9中，所有的成码率都是在较小的数据长度N＝10¹¹下获得的)。重要的是，此处提出的设计并不局限于使用光强的数目，而上述的软件优化算法能够高效地应用于使用任何诱导态数目的量子密钥分配网络。

量子密钥分配网络指一个广义的量子密钥分配系统、其中包含了两个或以上的用户(以及可能包括一个或以上的中继点)。

如图10所示，在第一实施例中，网络由用户1000，1002，1004，1006以及负责测量的一个中继点1008组成。重要的是，这里的中继点没有必要被用户信任。用户1，2，3，4通过信道1010，1012，1014，1016连接至中继点1。所有的信道损耗都可以不同。使用本实用新型的装置，可以在任意一对用户1-2，1-3，1-4，2-3，2-4，3-4之间建立高成码率的量子通信连接，从而形成一个完全连接用户1，2，3，4的量子网络1018。以及，每一对用户的连接都可以独立地进行优化，因此新用户的加入/删除并不会影响已有的连接。

量子密钥分配网络可以包含很多个中继点，这些中继点连接不同的用户并形成数个子网络。如图11所示，在第二实施例中，这里用户1100，1102，1104连接到第一中继点1108，而用户1102，1106连接到第二中继点1110。因此，用户1，2，3形成一个完全连接的子网络1122，而用户2和4形成另一个子网络1124。还需说明的是，在其他实施例中，中继点的个数可以大于2个，具体可按用户需求进行选择，此处不再赘述。

如图12所示，展示了一个船只对船只的基于自由空间的量子密钥分配网络。这里项目1200，1202，1204，1206，1208和图1中的项目100，102，104，106，108有相同的定义。量子信道1204和1206可以随时间变化，并有任意程度的非对称性，而七态协议可以适用于此处所有情形。

如图13所示展示了卫星-地面间的基于自由空间的量子密钥分配网络。这里项目1300，1302，1304，1306，1308和图1中的项目100，102，104，106，108有相同的定义。两个地面基站作为用户发送量子信号，而卫星作为可不被信任的中继点。类似地，量子信道1304和1306可以随时间变化，并有任意程度的非对称性。

如图14所示，展示了另一种卫星-地面间的基于自由空间的量子密钥分配网络。两个卫星1404和1406可以分别作为用户，通过量子信道1404和1406发送下行信号至地面基站1408。这里地面基站作为可不被信任的中继点。这种情形同样是非对称的量子密钥分配，而七态协议同样适用。

本实用新型的装置也可以适用于信道之一随时间变化的情形(此时信道对称性也随时间变化)。如图15所示，展示了两个用户1500和1502分别通过一个自由空间信道1504和一个光纤信道1506连接至中继点的情形。

如图16所示，展示了一个单臂情形下的量子密钥分配网络。在这里，用户1600和中继点1608位于同一个实验室1610中，并且两者之间的信道损耗设置为尽量小。另一个用户1602可以通过量子信道1606和先前用户的实验室通信。这个情形具有高度的不对称性(其中一个信道的损耗接近于最小值)。使用七态协议，在这种情形下也可以获得高成码率。

上述的单臂量子密钥分配系统同样在此实用新型的范围内，因为实际上系统中存在一个中继点，此中继点和一个用户坐落于同一个实验室中。此时，从实验室外来看，实际上系统仅仅包含两端之间的通信。

上述的单臂设计能够当在量子信道中不方便建立中继点时(例如，一个自由空间的信道)依然允许两个用户进行通信。通过这样的方式，两个用户可以通过某一个关键的单一信道进行通信，但是依然保持测量设备无关量子密钥分配或双场量子密钥分配的安全性。上述的单臂设计也能够应用于船只对船只或者卫星-地面间的通信。

在基于自由空间的量子通信中，大气湍流效应会实时地影响信道中的损耗。此时，也可以将此处提出的非对称系统和后选择(post-selection)方法结合。此后选择方法能够在湍流较强时大幅提高量子通信系统的性能。当系统包含一个或多个自由空间信道时，本实用新型的装置和方法也和上述后选择方法相兼容。

取决于在中继点的测试单元进行交换测试或者贝尔态测试，上述的量子密钥分配网络既可以基于测量设备无关量子密钥分配，也可以基于双场量子密钥分配。

本实用新型不仅仅可以应用于自由空间信道和光纤信道，也可以用于任何其它信道、包括水中信道。在之前的描述中，本实用新型在无条件安全性的背景下被描述，本实用新型也可以用于其它的密码学假设，例如有限存储模型(bounded storage models)。尽管将本实用新型在基于弱相干脉冲光源的、基于诱导态的测量设备无关量子密钥分配网络中的应用描述为最佳实施例，本实用新型也可以用于其它的量子光源，例如基于诱导态的自发参量下转换(spontaneous parametric down conversion)光源。

本实用新型实施例的另一方面，还提供了一种包含至少三方的量子通信方法，所述至少三方包括至少两个用户和至少一个中继点，如图17所示，该方法包括以下步骤：

S1、确定至少两个用户的待发送信号的信号态光强和至少一个诱导态光强的比例、以及信号态光强和诱导态光强的强度参数；

S2、根据所述比例和强度参数，调制所述待发送信号，并将调制后的待发送信号待发送信号发送至至少一个中继点。

在步骤S1中，每次两个用户(用户1和用户2)进行通信时，由于两个用户发送信息的信道存在对称性和非对称性两种情况，当信道为对称性信道时，则此时，两个用户的待发送信号的光强(信号态光强和诱导态光强)相同，也不需调整光强的比例和强度参数，直接发送即可；当信道为对称性信道时，则需调整用户1和用户2的待发送信号的信号态光强和至少一个诱导态光强的比例、以及信号态光强和诱导态光强的强度参数。

更具体地，两个用户通过非对称的信道发送所述调制后的待发送信号，且所述用户的信号态光强和诱导态光强不相同，此时，可以通过局部搜索算法或者全局优化算法，从而确定至少两个用户的待发送信号的信号态光强和至少一个诱导态光强的比例、以及信号态光强和诱导态光强的强度参数。在本实用新型的一些实施例中，所述局部搜索算法包括坐标下降法和梯度下降法；所述全局优化算法包括基因算法。

所述至少一个诱导态光强包括两个非真空诱导态光强和一个真空诱导态光强，所述第一用户待发送信号的信号态光强、两个非真空诱导态光强和一个真空诱导态光强的强度参数表示为s_A，μ_A，ν_A，ω，第一用户待发送信号的信号态光强和两个非真空诱导态光强的比例表示为所述第二用户待发送信号的信号态光强、两个非真空诱导态光强和一个真空诱导态光强的强度参数表示为s_B，μ_B，ν_B，ω，第二用户待发送信号的信号态光强和两个非真空诱导态光强的比例表示为其中，分别指第一用户的信号态光强和两个非真空诱导态光强的概率，分别指第二用户的信号态光强和两个非真空诱导态光强的概率，且所述信号态光强与诱导态光强为正交基矢。

为了增加参数搜索的稳定性，可以将6个参数s_A，μ_A，ν_A，s_B，μ_B，ν_B转换为极坐标参数，得到：

θ_s＝tan^-1(s_A/s_B)，

θ_μ＝tan^-1(μ_A/μ_B)，

θ_ν＝tan^-1(ν_A/ν_B)，其中，θ_μ＝θ_ν。

在步骤S2中，中继点还可以向与之通信的第一用户和第二用户进行交换测试或者贝尔态测试，从而实现测量设备无关量子密钥分配协议或者双场量子密钥分配协议，并将测试后的结果发送至第一用户和第二用户。此外，本实用新型还适用于一些其他量子通信协议，此处不再赘述。

综上，本实用新型的适用于非对称信道和对称信道，尤其是当不同用户使用非对称信道传输信息时，不需在一侧信道添加损耗，只需通过调节光强的比例和强度参数即可补偿信道的损失，完成通信的过程。可见，本实用新型不需与传统方法一样额外引入光纤等硬件设施，简化了结构和方法，同时，还能提高成码率以及拓展密钥分配的安全距离。

除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本实用新型的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到“约”的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。

再者，“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、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，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，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的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种包含至少三方的量子通信装置，所述至少三方包括至少两个用户和至少一个中继点，其特征在于，该装置包括：

控制器，用于确定至少两个用户的待发送信号的信号态光强和至少一个诱导态光强的比例、以及信号态光强和诱导态光强的强度参数；

调制器，与所述控制器连接，用于根据所述比例和强度参数，调制所述待发送信号，并将调整后的待发送信号发送至至少一个中继点。

2.根据权利要求1所述的包含至少三方的量子通信装置，其特征在于，所述至少两个用户通过非对称的信道发送所述调制后的待发送信号，且所述用户的信号态光强和诱导态光强不相同，所述控制器还用于通过局部搜索算法或者全局优化算法，确定至少两个用户的待发送信号的信号态光强和至少一个诱导态光强的比例、以及信号态光强和诱导态光强的强度参数。

3.根据权利要求2所述的包含至少三方的量子通信装置，其特征在于，所述局部搜索算法包括坐标下降法和梯度下降法；所述全局优化算法包括基因算法。

4.根据权利要求3所述的包含至少三方的量子通信装置，其特征在于，所述至少两个用户包括第一用户和第二用户，所述至少一个诱导态光强包括两个非真空诱导态光强和一个真空诱导态光强，所述第一用户待发送信号的信号态光强、两个非真空诱导态光强和一个真空诱导态光强的强度参数表示为s_A，μ_A，v_A，ω，第一用户待发送信号的信号态光强和两个非真空诱导态光强的比例表示为所述第二用户待发送信号的信号态光强、两个非真空诱导态光强和一个真空诱导态光强的强度参数表示为s_B，μ_B，v_B，ω，第二用户待发送信号的信号态光强和两个非真空诱导态光强的比例表示为其中，分别指第一用户的信号态光强和两个非真空诱导态光强的概率，分别指第二用户的信号态光强和两个非真空诱导态光强的概率，且所述信号态光强与诱导态光强为正交基矢。

5.根据权利要求4所述的包含至少三方的量子通信装置，其特征在于，所述控制器还用于将s_A，μ_A，v_A，s_B，μ_B，v_B转换为极坐标参数，得到：

其中，θ_μ＝θ_v。

6.根据权利要求1所述的包含至少三方的量子通信装置，其特征在于，所述调制器还包括：光强调制器、相位调制器、声光学调制器和偏振调制器，用于根据所述比例和强度参数，调制所述待发送信号，并将该待发送信号发送至至少一个中继点。

7.根据权利要求1所述的包含至少三方的量子通信装置，其特征在于，所述装置还包括：测试单元，用于中继点向与之通信的第一用户和第二用户进行交换测试或者贝尔态测试，从而实现测量设备无关量子密钥分配协议或者双场量子密钥分配协议，并将测试后的结果发送至第一用户和第二用户。