[发明专利]基于冗余校验和纠错重传的量子直接通信方法

说明书

本发明公开了一种基于冗余校验和纠错重传的量子直接通信方法、系统及存储介质，发送方用数字通信信号调制多波长单光子序列，并将携带信息的多波长单光子序列并纤传输；接收方通过信息处理光路、波分复用器和单光子探测器对多波长单光子序列进行探测，根据探测结果判断线路安全并解析明文信息；接收方利用经典信道将未获取明文信息的时序位置回传给发送方，发送方将对应明文信息重新编码发送；通过多次重复上述过程，最终实现以单光子为信息载体的全部信息传输。本发明通过冗余校验和纠错重传机制，能够有效克服以单光子为信息载体的量子直接通信因为传输损耗而造成的数据丢失，同时兼具量子通信普遍具备的安全等级，为构建实用化量子通信网络提供重要参考。

技术领域

本发明属于量子通信学科领域，具体是指一种利用数字通信信号调制多波长单光子序列、通过多波长信号冗余校验获取有效明文信息，通过纠错反馈和反复重传完成全部信息传输的量子直接通信方法及系统，尤其涉及一种对关键数据基于冗余校验和纠错重传的量子直接通信方法、系统及存储介质。

背景技术

量子通信是一种以量子态为信息编码对象的通信技术，通过远端用户量子态同步共享实现信息交互。一方面，决定于海森堡测不准原理、量子不可分离原理和量子不可克隆原理，任何通信链路变化(窃听攻击或环境扰动)都会破坏量子态同步共享机制，这一特性被广泛应用于实现点对点安全通信；另一方面，分布式量子计算和量子传感等应用需要量子态直接传输，只能通过量子通信技术实现。

量子通信技术包括量子保密通信技术和量子直接通信技术，量子保密通信技术主要通过远端用户量子态同步共享机制实现实时密钥分发，通过量子密钥与通信数据的诸位异或实现加解密操作；量子直接通信通过远端用户量子态同步共享机制实现实时数据传输，毋须量子加解密操作。量子直接通信能够消除量子密钥分发的三个潜在安全漏洞：密钥传输泄露、密钥安全管理失当、窃听侦知与信息防护不同步。然而，量子直接通信实现难度高于量子密钥分发，即需要对量子态进行精准编码(而非随机数生成)操作，且在传输损耗影响下数据载体单光子的湮灭会造成数据丢失。

发明内容

针对现有技术，本发明要解决的技术问题是如何利用数字通信信号调制多波长单光子序列，将明文信息同时加载在多波长单光子序列上；接收方根据多波长单光子序列的探测结果判断线路安全、解析明文信息，并通过经典信道向发送方提出纠错反馈和重传申请；通过多次重复上述过程，可实现以单光子为信息载体的量子直接通信。

本发明通过波分复用引入的冗余机制和纠错反馈主导的重传操作，能够有效解决以单光子为信息载体的量子直接通信因为传输损耗而造成的数据丢失问题，是一种可行性较高的量子直接通信方法。

为了达到上述效果，本发明提供的基于冗余校验和纠错重传的量子直接通信方法，由发送方和接收方执行，将明文信息同时加载于多波长单光子序列，通过对多波长通道探测结果的冗余校验解译明文信息，通过纠错申请、反复重传实现全部信息传递。

优选的，上述方法具体包括：

步骤一、波分复用编码，利用数字通信信号调制多波长单光子序列的特定光学自由度，使并纤传输的多波长单光子序列同时携带明文信息；

步骤二、冗余校验解码，通过波分复用器将多波长单光子序列分离至不同光学路径并分别用单光子探测器探测，比较各波长通道探测结果、校验误码率指标判断线路安全、将各波长同步结果解析为明文信息；

步骤三、纠错反馈重传，接收方将未确定的无冗余校验和未获取的无探测结果的时序位置反馈给发送方提出纠错申请，发送方将剩余信息编码重传；

步骤四、重复执行步骤一至三直至最终完成量子直接通信。

优选的，上述方法将明文信息解译成数字通信信号，通过调制器调制多波长单光子序列的某个光学自由度。

优选的，上述携带信息的光学自由度包括但不限于偏振方向、到达时间、相对相位，对应调制器类型分别为偏振调制器、可调谐延迟线、相位调制器。