[发明专利]一种基于压缩态的自适应量子密钥分发系统及方法

说明书

本发明提供了一种基于压缩态的自适应量子密钥分发系统及方法，包括量子密钥分发单元；相邻量子密钥分发单元通过量子信道、经典信道连接；量子密钥分发单元包括光学系统发送模块、光学系统接收模块、上位机和处理器；光学系统发送模块用于发送信号；光学系统接收模块用于接收信号；上位机用于控制光学系统发送模块、光学系统接收模块和处理器完成信号的传输与处理；处理器用于配合上位机完成后处理过程，本发明采用压缩态光源，提高允许调制方差，减少信道损耗影响，降低误码率，增加传输距离，实现更高的信道容量，最终提高成码率,并结合波前校正技术，实现了自适应，提供了一种实用化量子密钥分发系统。

技术领域

本发明涉及量子信息与光通信技术领域，具体涉及一种基于压缩态的自适应连续变量量子密钥分发系统及方法。

背景技术

现有的基于计算复杂度的密钥体系受到了量子计算技术发展的挑战，能保证信息绝对安全性的量子密钥分发(Quantum Key Distribution，QKD)技术成为了解决这一问题的最好办法。

量子密钥分发主要分为两种：连续变量量子密钥分发(Continuous VariableQuantum Key Distribution，CV-QKD)和离散变量量子密钥分发(Discrete VariableQuantum Key Distribution，DV-QKD)。DV-QKD主要将密钥信息加载在相位和偏振这两种物理量上，而CV-QKD将密钥信息加载在光场量子态的正交分量上。DV-QKD基于能量响应的探测方式效率较低，且系统实现比较复杂，降低其实际可行性。相较于DV-QKD，CV-QKD应用的探测方式为零差探测和外差探测，技术更成熟且能应用现有的经典光通信系统。

CV-QKD主要有相干态和压缩态两种。相干态在信道损耗影响下，正交分量的分布中心会落在在原点附近，导致符号随机性增加，误码率大幅上升。而压缩态的压缩效应随着压缩幅度的增加而迅速增加。被压缩的正交分量有着极低的量子涨落，使得整个系统能获得较高的信息量。

不同于经典通信信道较为稳定，量子信道是时变的，量子态受扰动的概率较高。对抗信道畸变的方法有利用算法实现码率自适应，以及用光学系统实现光学自适应。在压缩态制备技术日趋完善的今天，为了对抗信道畸变，推动量子密钥分发系统的实用化，有必要提出一种基于压缩态的自适应量子密钥分发系统及方法。

发明内容

本发明的目的是为了在时变信道条件下提高允许调制方差，减少信道损耗影响，降低误码率，增加传输距离，实现更高的信道容量，最终提高成码率，因此提出一种基于压缩态的自适应量子密钥分发系统及方法，以保证量子密钥分发实时高效完成，实现量子密钥分发系统的实用化。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下，一种基于压缩态的自适应量子密钥分发系统，包括多个量子密钥分发单元；相邻两个量子密钥分发单元之间通过量子信道和经典信道进行通信；

每个量子密钥分发单元均包括处理器、上位机、光学系统发送模块和光学系统接收模块；所述处理器通过数据通道与所述上位机连接；所述上位机与所述光学系统发送模块和光学系统接收模块通过数据通道相连；

所述上位机用于控制光学系统发送模块、光学系统接收模块和处理器，并对数据进行基矢比对、参数估计；

所述处理器用于处理数据，对数据进行纠错、保密增强。

相邻两个量子密钥分发单元的上位机之间通过经典信道连接；

相邻两个量子密钥分发单元之间，前一个量子密钥分发单元的光学系统接收模块与后一个量子密钥分发单元的光学系统发送模块通过量子信道连接。

优选地，所述光学系统发送模块包括光源、变形镜、光衰减器、分束器BS、可变光衰减器、光调制器和波分复用器；

所述光源、变形镜、光衰减器、分束器BS、可变光衰减器、光调制器依次连接；所述波分复用器与所述光调制器和光源连接；