[发明专利]一种连续变量量子密钥分发中信号光调制方差的动态调节方法

说明书

技术领域

本发明设计量子密钥分发控制技术，特别涉及连续变量量子密钥分发信源控制，尤其是一种连续变量量子密钥分发信号光的调制方差动态调节方法。

背景技术

连续变量量子密钥分发可以为通信双方产生无条件安全的密钥，相较于离散变量量子密钥分发，有低成本，高稳定性，与经典系统兼容性高的特点，受到广泛的研究和关注，已经走在实用化的道路上。连续变量量子密钥分发系统最重要的性能参数是安全密钥率，安全密钥率是通过对收发数据的统计信息进行参数估计运算得到。

Alice和Bob分别拿出原始密钥的一部分(以下简称部分数据)，进行参数估计。Alice和Bob分别计算出部分数据的方差。Alice把计算得到的方差和部分数据发送给Bob。在Bob端，Bob利用Alice发送过来的部分数据和对自己手中应的部分数据计算协方差矩阵。通过协方差矩阵就可以计算安全码率。在安全性分析中，通常对最符合实际情况的联合攻击下，反向协调时的安全码率进行计算。公式如(1)所示。

K＝βI_AB-χ_BE (1)

其中β为协调效率，I_AB为Alice和Bob的互信息，χ_BE为Eve可获得的最大信息量,Alice和Bob的互信息可由公式(2)计算得到。

其中V是调制方差，χ_tot为总噪声，表示为χ_tot＝χ_line+χ_hom/T,χ_hom是Bob端引入的零差探测器的总噪声，表示为χ_hom＝[(1-η)+υ_el]/η，η和υ_el分别表示为探测器效率和探测器电噪声。Eve获得的信息是Holevo量的上界，可由公式(3)计算得到。

s(ρ)是量子态ρ的冯诺依曼熵，计算方法如(4)所示。

其中G(x)＝(x+1)log₂(x+1)-x log₂x，λ_i表示ρ态的协方差矩阵γ的辛特征值。高斯态AB取决于协方差矩阵γ_AB，协方差矩阵如(5)所示。

其中χ_line为信道噪声，表示为χ_line＝1/T-1+ε，ε为过量噪声，T为信道传输效率。其辛特征值λ_1,2通过公式(6)计算得到。

计算熵需要通过计算协方差矩阵的辛特征值得到，协方差矩阵如(7)所示。

其中MP表示Moore-Penrose逆矩阵。γ_B,γ_AFG,可以从协方差矩阵中得到，如(8)所示。

根据系统可知

其中，

矩阵γ_F0G是用来描述探测器电噪声的方差υ的EPR态。根据(10)计算辛特征值λ_3,4,5。

最后一个辛特征值λ₅＝1。则Eve获取的信息为

最后，将(2)和(11)代入(1)中可计算得到联合攻击下的安全码率。

连续变脸量子密钥分发系统根据不同的系统参数存在一个最优的信号光调制方差，使得系统安全密钥率最高，如图1所示。但是系统参数会由于环境变化不断改变，因此发送端信号光的最优调制方差是不断变化的。

现有的连续变量量子密钥分发系统中，发送端信号光的调制方差是一个固定值，因此，不能在不同的情况都保持最高的安全密钥率。本发明通过参数估计结果获取实时信道参数，计算得到当前情况下的最优调制方差，实现对发送端信号光调制方差的实时调节，保证在不同的环境情况下依然能实现最优的系统性能。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对连续变量量子密钥分发系统调制方差不能随环境变化而改变的问题，本发明提出了一种连续变量量子密钥分发信号光的调制方差动态调节方法，通过参数估计实时获取信道参数，并根据信道参数计算最优的信号光调制方差，保证系统较高的安全密钥率。

(二)技术方案

本发明提供的一种连续变量量子密钥分发信号光的调制方差动态调节方法，包括四个步骤：