[发明专利]基于啁啾的连续变量量子密钥分发方法及分发系统

说明书

本发明公开了一种基于啁啾的连续变量量子密钥分发方法，包括量子密钥发送端调制量子信号；量子密钥发送端将调制好的量子信号通过量子信道发送至量子密钥接收端；量子密钥接收端将接收到的量子信号进行相干检测并得到检测结果；将检测结果进行后处理得到最终的量子密钥。本发明还公开了一种实现所述基于啁啾的连续变量量子密钥分发方法的分发系统。本发明消除了中距离传输中由于频率啁啾效应对信号产生的不利影响，增大了传输的可靠性；同时，此方法不需要在发送端使用外差调制器，仅需要在传输的开始进行啁啾系数的估计，有效的节约了成本，而且可靠性高、性能较好且成本低廉、实施方便。

技术领域

本发明属于量子通信领域，具体涉及一种基于啁啾的连续变量量子密钥分发方法及分发系统。

背景技术

随着经济技术的发展和人们生活水平的提高，通信已经广泛深入人们的生产和生活，给人们的生产和生活带来了无尽的便利。而随着智能时代和数据时代的到来，通信数据的安全性也越来越得到人们的重视。

量子密钥分发能使合法通信双方在不可信任的量子信道中安全共享密钥，其安全性由量子力学的测不准原理和量子不可克隆定理进行保证。目前量子密钥分发由信息载体的不同分为离散变量和连续变量两个方向。与离散变量量子密钥分发协议相比，连续变量量子密钥分发其量子态更容易制备，可融入现有的光纤系统中，这使得连续变量量子密钥分发方案更容易进入商业化领域。

在短距离(20km以下)的连续变量量子密钥分发方案中，使用直接调制器和直接检测可有效节约成本，以便于更快商业化。然而，在超过20公里的传输中，由于信道中存在严重的色散，使用直接调制和直接检测的分发方案将会导致严重的性能损耗。因此，业界采用了基于外部调制和相干检测的解决方案，此方案在传输距离超过1000公里时表现出良好的性能与性价比。然而，在20-1000公里的中距离传输时使用外部调制和相干检测有如下不足：(1)此方案成本花费巨大，使用在中距离传输方案中性价比太低；(2)外部调制器体积太大，无法集成到紧凑的发射机光学组件中。

为了解决上述问题，有人提出了基于直接调制器的I/O发射机，但此方案依赖于复杂的光注入锁定，需要一个除了直接调制器之外的高性能激光器，成本较高。另外，还有人提出了基于VCSEL的DP PAM-4发射机。然而，此方案在接收端仅根据光强进行符号决定，丢弃了相位信息，导致性能与传统方案有着较大差距。因此，在中距离传输中，目前尚未有一种兼顾成本和性能的较好的技术方案。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种可靠性高、性能较好且成本低廉、实施方便的基于啁啾的连续变量量子密钥分发方法。

本发明的目的之二在于提供一种实现所述基于啁啾的连续变量量子密钥分发方法的分发系统。

本发明提供的这种基于啁啾的连续变量量子密钥分发方法，包括如下步骤：

S1.量子密钥发送端调制量子信号；

S2.量子密钥发送端将调制好的量子信号通过量子信道发送至量子密钥接收端；

S3.量子密钥接收端将接收到的量子信号进行相干检测，从而得到检测结果；

S4.将步骤S3得到的检测结果进行后处理，从而得到最终的量子密钥。

步骤S1所述的量子密钥发送端调制量子信号，具体为量子密钥发送端产生相干光脉冲，然后进行偏振后再分离为信号光和本振光；信号光通过幅度调制和相位调制后，再与本振光进行耦合，从而得到调制后的量子信号。

步骤S3所述的量子密钥接收端将接收到的量子信号进行相干检测，从而得到检测结果，具体为量子密钥接收端调整接收到的量子信号的偏振态，再将接收信号分为信号光与本振光；本振光通过随机相位调制后，再与信号光进行干涉，并将干涉后的信号通过零差探测器进行检测，从而得到检测结果。