[发明专利]一种单态半量子密钥分发系统及方法

说明书

本申请提供一种单态半量子密钥分发系统及方法，该系统包括发送端和接收端，发送端包括信号光单元、光传输单元、相位调制器单元和探测器单元，信号光单元、光传输单元和相位调制器单元依次连接，探测器单元与相位调制器单元和光传输单元连接，相位调制器单元为非等臂干涉仪；接收端包括强度调制器单元，强度调制器单元与相位调制器单元连接，强度调制器单元为干涉环路；干涉环路用于对接收的非等臂干涉仪发送的光脉冲组加载电压，得到处理后的光脉冲组，并向非等臂干涉仪发送处理后的光脉冲组。本申请的系统及方法，采用选择性调制的方式实现单态半量子密钥分发协议，解决了现有系统设计不合理的问题，具有极高的安全性和实际应用的可行性。

技术领域

本申请涉及量子保密通信领域，具体而言，涉及一种单态半量子密钥分发系统及方法。

背景技术

目前，随着计算机和互联网在通信领域中的使用，对于通信数据的加密要求也在逐渐提升。在数据加密的手段中，一些依赖于计算的复杂度的加密手段依然存在一定的被破译的可能，而量子密码技术则基于海森堡测不准原理和未知量子态不可克隆原理，可以做到在理论上满足“一次一密”加密系统的要求，具有理论上的无条件安全性。

其中，在1984年，Bennett和Brassard提出了第一个量子密钥分发协议，在此之后往往将量子密钥分发协议的通信双方定义为Alice端和Bob端，双方均具有操纵量子的能力，例如在任意基形式上完成对量子比特的制备和测量。直到2007年，Boyer等人基于此前的量子密钥分发协议，提出了半量子密钥分发协议的概念以及四态协议，降低了量子密钥分发协议的要求，Bob端只需要拥有准备Z基形式的量子态和直接转移量子比特的能力即可。

在2009年，Zou等人提出了半量子密钥分发的单态半量子密钥分发协议，该协议的具体步骤流程为：Alice端制备一个量子态为|+的光子，将该光子发送给Bob端，Bob端随机选择“用Z基测量后重发光子”或者“不做任何操作返还光子”，Alice端对Bob端发送回来的光子随机选择Z基或者X基进行测量，最后Alice和Bob同时公开其操作选择，若Bob端选择用Z基测量且Alice端也选择了Z基测量，则该位置的量子比特可作为码，若Bob端选择不做任何操作返还光子且Alice端选择X基测量，则该位置的量子比特可用来检测窃听。

在目前的实现方法中，由于单态半量子密钥分发的实现方法在设计方面存在一定的缺陷，需要接收端根据测量光子得到的结果重新生成新的光子并发送至发送端，不仅操作较为复杂，而且存在受到标记攻击导致信息泄露的安全隐患，因此当前的实现方法由于自身不够安全，难以具备实际应用的可行性。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种单态半量子密钥分发系统及方法，采用选择性调制的方式实现单态半量子密钥分发协议，解决了现有技术协议系统的设计不合理的问题，简化了接收端的操作，实现了稳定的单态半量子密钥分发协议双路实验系统，具有极高的安全性和实际应用的可行性。

第一方面，本申请实施例提供了一种单态半量子密钥分发系统，包括发送端和接收端，所述发送端包括信号光单元、光传输单元、相位调制器单元和探测器单元，所述信号光单元、所述光传输单元和所述相位调制器单元依次连接，所述探测器单元与所述相位调制器单元和所述光传输单元连接，所述相位调制器单元为非等臂干涉仪；

所述接收端包括强度调制器单元，所述强度调制器单元与所述非等臂干涉仪连接，所述强度调制器单元为干涉环路；

所述干涉环路用于对接收的所述非等臂干涉仪发送的光脉冲组加载电压，得到处理后的光脉冲组，并向所述非等臂干涉仪发送所述处理后的光脉冲组。

在上述实现过程中，本申请实施例的单态半量子密钥分发系统，采用了干涉环路作为接收端的强度调制器单元，配合作为相位调制器单元的非等臂干涉仪，相比现有技术，是一种更为合理的接收端设计，可以采用选择性调制的方式实现单态半量子密钥分发协议，解决了现有技术协议系统的设计不合理的问题，具有极高的安全性和实际应用的可行性。