[发明专利]一种预设阈值实时选择的自由空间量子安全直接通信方法

说明书

本发明公开了一种预设阈值实时选择的自由空间量子安全直接通信方法，通信的发送方制备N对Bell态光子脉冲，并将其中一个发送至接收方，接收方随机选取一部分光子进行测量判断是否存在窃听者，然后发送方再随机选取一部分光子作为检测态进行酉变换，再由接收方进行测量用于评估误码错误率，最后，接收方对剩余的经过编码的Bell态进行测量并获取信息。采用本发明具有更低的量子比特误码率和更高的信噪比。

技术领域

本发明涉及一种预设阈值实时选择的自由空间量子安全直接通信方法，属于量子安全直接通信技术和量子移动通信技术领域。

背景技术

随着能源互联网建设，电力系统信息和通信安全现在受到越来越多的关注。与传统通信协议相比，量子通信协议的无条件安全性引起了人们的关注。现在存在不同形式的量子通信，如量子密钥分配，量子秘密共享，量子直接安全通信等。在这些量子通信协议中，量子安全直接通信(QSDC)直接在量子信道上发送秘密消息而不建立私钥会话。在该协议中，发送器和接收器首先共享预先安排的纠缠光子对，从而建立通信信道。在接收器获得该对中的一个光子之后，发送器利用四个酉操作I,σ_z,σ_x,σ_iy中的一个对剩余光子进行编码，其分别对应于编码信息00,01,10和11。最后，接收器接收到另一个光子之后，对光子进行贝尔状态测量从而对信息进行解码。

虽然在理论上QSDC协议是无条件安全的，但是在自由空间中，背景光和探测器噪声是量子误码率(QBER)的不可避免的来源，这限制了量子通信协议的应用范围。扰动通常是波动的，可以用概率分布来描述(称为透射系数的概率分布，PDTC)，其中，p是概率密度，η是透射率，η₀和σ是平均值和方差。此分布由两个参数η₀和σ确定，它们是信道本身固有的，η₀是预期的大气传输，典型值为10^-3到10^-4(即对于100km的通道，对应于30-40dB的损失)，而σ通常为0到1之间，在湍流量的作用下，湍流量越大，阻力越大。在这种情况下，到达远端的一些光信号的强度可能较弱，进而导致在成码过程中选择的QBER较高，不能够实现最有效的成码率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提出了一种预设阈值实时选择的自由空间量子安全直接通信方法，该方法发送器以脉冲方式发送所有光子，并且远端接收响应于通过P-RTS方法计算的光学阈值的这些脉冲。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种预设阈值实时选择的自由空间量子安全直接通信方法，包括以下步骤：

1)发送者A和接收者B测量大气传输率的期望η₀及其标准差σ；然后计算得到由大气条件确定的预设阈值η_T；

2)发送者A在微光子操作平台上用两个单光子光源发射脉冲来制备N对Bell态然后A将每个Bell态中的第一个脉冲通过自由空间发送给B；其中，|H和|V分别代表水平偏振和垂直偏振光子；

3)B接收脉冲并检查通过自由空间的光子通过强度η，如果ηη_T，则确定哪些光子丢失并继续下述步骤，否则B放弃接收到的光子并通知A重新发送；

4)B随机选择m个光子进行测量，并将光子位置和测量结果告诉A，其中，mN；

5)A根据B公布的测量结果来测量所选中的m个Bell态中的对应光子，并与B的测量结果进行比较；如果测量结果相同，则说明通信过程没有窃听者，继续下述步骤，否则说明存在窃听者，通信中止；