[发明专利]实用化三方量子通信方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及光传输通信领域，尤其是指一种实用化三方量子通信方法及系统。

背景技术

量子通信是量子力学与现代密码学结合的新兴学科，量子通信包括了量子密钥分发、量子隐形传态、量子秘密共享、量子密钥协商、三人量子密码、量子身份认证等研究方向，而量子秘密共享、量子密钥协商、三人量子密码属于多方量子通信，由于他们具有一些特殊的性质而被国际上众多的学者和技术人员高度关注。由于量子秘密共享、量子密钥协商、三人量子密码等多方量子通信是以量子力学的基本原理为基础的，再加上“一次一密”的通信方式保证了通信能够处于物理水平上的绝对安全，因此它们对于保密性非常重要的国防与外交单位、大型金融企业和大型高科技企业等而言无疑是非常重要的。

从1999年第一个量子秘密共享方案(Physical Review A59,18291999)提出至今已经有十几年的时间，第一个方案一经提出便引起了国际上的广泛关注，随后涌现出了众多的改进与变化的方案，但是这些方案都存在一个重要的问题：高保真GHZ态的分发距离非常有限，而且GHZ态的制备也是一个比较困难的问题。目前，GHZ态实际分发距离的最远记录不到1公里(Nature Photonics 8,2922014)，该实验以短文的形式发表在最好的光子学期刊Nature Photonics上，并引起了各国媒体的广泛报道。基于上述原因，实际可使用的多方量子通信只能是一个理论方案，远距离可实用化的多方量子通信对于学者们来说是非常大的理论与技术挑战。

发明内容

为了解决现有多方量子通信高保真GHZ态制备困难且无法应用于远距离分发的问题，本发明提出了一种实用化三方量子通信方法及系统，对所有探测器的攻击天然免疫，通过后选择GHZ态能够将多方量子通信的实际通信距离拓展到百公里量级，从而极大地推动了实际的多方量子通信方案的可行性和实用化。

本发明所采用的技术方案是：一种实用化三方量子通信方法，设4个量子密钥分配节点分别为Alice、Bob、Charlie和David，其中David为其他三个量子密钥分配节点通信的中心节点，包括以下步骤：

(1)三方分别制备量子态：Alice、Bob和Charlie三方分别通过线性光学元件独立和随机的制备Z基矢和X基矢的量子态，包括偏振编码量子态和相位路径—时间编码量子态；

(2)中心节点进行GHZ态测量：中心节点David对接收到的量子态用GHZ态分析仪进行GHZ态的投影测量，对于3粒子的GHZ态一共有八个，而基于线性光学元件能够识别其中的两个，对于偏振编码能够识别GHZ态为其中|H>对应的是水平偏振的量子态，而|V>对应的是垂直偏振的量子态，对于相位时间编码能识别GHZ态为其中|T₁>为第一个时间脉冲的量子态，而|T₂>为第二个时间脉冲的量子态；

(3)Alice、Bob和Charlie提取密钥：David通过公开信道公布GHZ态投影测量结果，Alice、Bob和Charlie通过已认证的经典信道进行后处理，通过基矢比对、纠错和隐私放大形成最终的无条件安全的密钥。

作为优选，所述的步骤(1)中，X基矢下测量的数据满足关系：

X_A⊕X_B⊕X_C＝0mod2对应GHZ态

X_A⊕X_B⊕X_C＝1mod2对应GHZ态

其中，X_A、X_B、X_C分别为Alice、Bob和Charlie在X基矢下测量的数据。

作为优选，所述的步骤(1)中，Z基矢下测量的数据满足关系：

Z_A＝Z_B＝Z_C，

其中，Z_A、Z_B、Z_C分别为Alice、Bob和Charlie在Z基矢下测量的数据。