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基于光频梳的多通道并行连续变量量子密钥分发方法

阅读:1031发布:2020-05-21

专利汇可以提供基于光频梳的多通道并行连续变量量子密钥分发方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种基于光频梳的多通道并行连续变量量子密钥分发方法,包括发送端产生一个光频梳作为多 波长 源;将光频梳通过解复用器形成若干个子信道;将每个子信道进行独立的调幅和调相后再通过复用器组合并发送给接收端;接收端产生本地光频梳,将本地光频梳和接收 信号 进行解复用;发送方和接收方根据解复用信号进行后处理并完成最终的密钥分发。本发明使用一对光频梳来传输密钥,用于并行传输和相干接收,波分复用系统的信道 密度 更大,载波恢复过程比独立 激光器 更简单;CVQKD系统的密钥率能够大大提高;而且本发明方法可靠性高、实用性好、易于实施且密钥率较高。,下面是基于光频梳的多通道并行连续变量量子密钥分发方法专利的具体信息内容。

1.一种基于光频梳的多通道并行连续变量量子密钥分发方法,包括如下步骤:
S1.发送端产生一个光频梳作为多波长源;
S2.将步骤S1得到的光频梳通过解复用器形成若干个子信道;
S3.将步骤S2得到的每个子信道进行独立的调幅和调相后,再通过复用器组合后,发送给接收端;
S4.接收端产生本地光频梳;
S5.接收端将步骤S4产生的本地光频梳和步骤S3接收到的信号进行解复用;
S6.根据步骤S5得到的解复用信号,发送方和接收方进行后处理,从而完成最终的密钥分发。
2.根据权利要求1所述的基于光频梳的多通道并行连续变量量子密钥分发方法,其特征在于步骤S1所述的发送端产生一个光频梳作为多波长源,具体为发送端产生一个中心频率为fs0,重复频率为fsr的光频梳作为多波长源。
3.根据权利要求2所述的基于光频梳的多通道并行连续变量量子密钥分发方法,其特征在于步骤S2所述的将步骤S1得到的光频梳通过解复用器形成若干个子信道,具体为将步骤S1产生的中心频率为fs0,重复频率为fsr的光频梳,通过解复用器形成N个子信道,子信道的数目N等于梳妆线的数据。
4.根据权利要求1~3之一所述的基于光频梳的多通道并行连续变量量子密钥分发方法,其特征在于步骤S4所述的接收端产生本地光频梳,具体为接收端产生与发送端相同的本地光频梳。
5.根据权利要求4所述的基于光频梳的多通道并行连续变量量子密钥分发方法,其特征在于步骤S5所述的接收端将步骤S4产生的本地光频梳和步骤S3接收到的信号进行解复用,具体为接收端将接收到的光频梳通过解复用器分为N个,同时将步骤S4产生的本地光频梳通过解复用器分为N个;然后选择信号梳最外层的两条导频线和对应的本振光线进行相位估计设置,并将剩余的信号线对和本振光线进行独立的零差检测。
6.根据权利要求5所述的基于光频梳的多通道并行连续变量量子密钥分发方法,其特征在于所述的接收端将步骤S4产生的本地光频梳和步骤S3接收到的信号进行解复用,具体为采用频分复用技术,通过选择第一个子信道和最后一个子信道传输两条试验线路,在发送端和接收端建立共同的相位参考;当接收端接收到多频信号后,首先进行外差检测来测量两个参考信号的正交分量X和P分量,以及量子信号中的X分量和P分量中的任意一个;接收端采用公共正交分量估计导频线及其对应的本振光线之间的相位偏移,再根据相位估计设置的结果进行相位旋转。
7.根据权利要求6所述的基于光频梳的多通道并行连续变量量子密钥分发方法,其特征在于步骤S6所述的后处理,具体为采用如下步骤进行后处理:
A.接收端公开自身在信号子信道中测量的正交分量,发送端保持对应的高斯变量;
B.发送端和接收端公开部分原始密钥,对每个信号子信道的传输参数进行评估;
C.发送端和接收端进行信息协商;
D.发送端和接收端在校正后的密钥上应用哈希函数,从而得到最终的共享的密钥。

说明书全文

基于光频梳的多通道并行连续变量量子密钥分发方法

技术领域

[0001] 本发明属于量子通信领域,具体涉及一种基于光频梳的多通道并行连续变量量子密钥分发方法。

背景技术

[0002] 量子密钥分发(QKD)是量子密码术最著名的应用之一,它允许两个远方单位在不受信任的环境中建立公共密钥。基于单光子检测的离散变量量子密钥分发(DV-QKD)和基于相干检测的连续变量量子密钥分发(CV-QKD)均取得了显著成就。前者将密钥信息编码为单个光子脉冲的属性,这可能会受到单个光子探测器的检测速度和效率的限制。幸运的是,CVQKD可以通过在连续变量(例如电磁场模式的正交数)上编码信息来摆脱这种局限性。CVQKD协议中应用最广泛的是高斯调制相干态(GMCS)CVQKD协议。在该协议中,发送方Alice通过调制具有独立高斯分布的几个光子相干态的正交基X和P来对密钥信息进行编码,而接收方Bob则使用零差检测来随机测量两个正交基中的任意一个,或通过外差检测同时获得两个正交分量。已经证明使用高斯调制可以达到理论上最佳的秘密密钥率,并且对于集体攻击和相干攻击是安全的。
[0003] 然而,由于光纤损耗和信道中自然产生的过量噪声,现有的众多CVQKD协议在实际中秘钥率仍然较低,这对其实际实现产生了负面影响。近年来,研究人员提出了许多提高密钥率的方案。其中可能方法是利用多路复用技术进行并行传输,如正交频分复用(OFDM)和波分复用(WDM)。OFDM具有抗多径衰落能强、频谱利用率高的优点,但目前大多数OFDM都需要快速傅里叶变换(FFT)或等效函数来实现多路复用和解复用过程,这受到数字信号处理器处理速度的限制。波分复用系统以能够在一根光纤中并行传输数百个不同波长的载波而闻名,然而,使用这些系统需要发射机中大量的激光源和复杂的数字信号处理(DSP)来进行频率相位估计,使用较为不便,而且难于实施,占用资源较多。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种可靠性高、实用性好、易于实施且密钥率较高的基于光频梳的多通道并行连续变量量子密钥分发方法。
[0005] 本发明提供的这种基于光频梳的多通道并行连续变量量子密钥分发方法,包括如下步骤:
[0006] S1.发送端产生一个光频梳作为多波长源;
[0007] S2.将步骤S1得到的光频梳通过解复用器形成若干个子信道;
[0008] S3.将步骤S2得到的每个子信道进行独立的调幅和调相后,再通过复用器组合后,发送给接收端;
[0009] S4.接收端产生本地光频梳;
[0010] S5.接收端将步骤S4产生的本地光频梳和步骤S3接收到的信号进行解复用;
[0011] S6.根据步骤S5得到的解复用信号,发送方和接收方进行后处理,从而完成最终的密钥分发。
[0012] 步骤S1所述的发送端产生一个光频梳作为多波长源,具体为发送端产生一个中心频率为fs0,重复频率为fsr的光频梳作为多波长源。
[0013] 步骤S2所述的将步骤S1得到的光频梳通过解复用器形成若干个子信道,具体为将步骤S1产生的中心频率为fs0,重复频率为fsr的光频梳,通过解复用器形成N个子信道,子信道的数目N等于梳妆线的数据。
[0014] 步骤S4所述的接收端产生本地光频梳,具体为接收端产生与发送端相同的本地光频梳。
[0015] 步骤S5所述的接收端将步骤S4产生的本地光频梳和步骤S3接收到的信号进行解复用,具体为接收端将接收到的光频梳通过解复用器分为N个,同时将步骤S4产生的本地光频梳通过解复用器分为N个;然后选择信号梳最外层的两条导频线和对应的本振光线进行相位估计设置,并将剩余的信号线对和本振光线进行独立的零差检测。
[0016] 所述的接收端将步骤S4产生的本地光频梳和步骤S3接收到的信号进行解复用,具体为采用频分复用技术,通过选择第一个子信道和最后一个子信道传输两条试验线路,在发送端和接收端建立共同的相位参考;当接收端接收到多频信号后,首先进行外差检测来测量两个参考信号的正交分量X和P分量,以及量子信号中的X分量和P分量中的任意一个;接收端采用公共正交分量估计导频线及其对应的本振光线之间的相位偏移,再根据相位估计设置的结果进行相位旋转。
[0017] 步骤S6所述的后处理,具体为采用如下步骤进行后处理:
[0018] A.接收端公开自身在信号子信道中测量的正交分量,发送端保持对应的高斯变量;
[0019] B.发送端和接收端公开部分原始密钥,对每个信号子信道的传输参数进行评估;
[0020] C.发送端和接收端进行信息协商;
[0021] D.发送端和接收端在校正后的密钥上应用哈希函数,从而得到最终的共享的密钥。
[0022] 本发明提出的这种基于光频梳的多通道并行连续变量量子密钥分发方法,使用一对光频梳来传输密钥,用于并行传输和相干接收。与独立运行的独立激光器不同,OFC不同频率的梳状线本质上是相的,这使得波分复用系统的信道密度更大,载波恢复过程比独立激光器更简单;虽然最大传输距离略有缩短,但CVQKD系统的密钥率能够大大提高;而且本发明方法可靠性高、实用性好、易于实施且密钥率较高。附图说明
[0023] 图1为本发明方法的方法流程示意图。
[0024] 图2为本发明方法的原理示意图。

具体实施方式

[0025] 如图1所示为本发明方法的方法流程示意图,如图2所示为本发明方法的原理示意图:本发明提供的这种基于光频梳的多通道并行连续变量量子密钥分发方法,包括如下步骤:
[0026] S1.发送端产生一个光频梳作为多波长源;具体为发送端产生一个中心频率为fs0,重复频率为fsr的光频梳作为多波长源;
[0027] S2.将步骤S1得到的光频梳通过解复用器形成若干个子信道;具体为将步骤S1产生的中心频率为fs0,重复频率为fsr的光频梳,通过解复用器形成N个子信道,子信道的数目N等于梳妆线的数据;
[0028] S3.将步骤S2得到的每个子信道进行独立的调幅和调相后,再通过复用器组合后,发送给接收端;
[0029] S4.接收端产生本地光频梳;具体为接收端产生与发送端相同的本地光频梳;
[0030] S5.接收端将步骤S4产生的本地光频梳和步骤S3接收到的信号进行解复用;具体为接收端将接收到的光频梳通过解复用器分为N个,同时将步骤S4产生的本地光频梳通过解复用器分为N个;然后选择信号梳最外层的两条导频线和对应的本振光线进行相位估计设置,并将剩余的信号线对和本振光线进行独立的零差检测;
[0031] 在具体实施时,采用频分复用技术,通过选择第一个子信道和最后一个子信道传输两条试验线路,在发送端和接收端建立共同的相位参考;当接收端接收到多频信号后,首先进行外差检测来测量两个参考信号的正交分量X和P分量,以及量子信号中的X分量和P分量中的任意一个;接收端采用公共正交分量估计导频线及其对应的本振光线之间的相位偏移,再根据相位估计设置的结果进行相位旋转;
[0032] S6.根据步骤S5得到的解复用信号,发送方和接收方进行后处理,从而完成最终的密钥分发;具体为采用如下步骤进行后处理:
[0033] A.接收端公开自身在信号子信道中测量的正交分量,发送端保持对应的高斯变量;
[0034] B.发送端和接收端公开部分原始密钥,对每个信号子信道的传输参数进行评估;
[0035] C.发送端和接收端进行信息协商;
[0036] D.发送端和接收端在校正后的密钥上应用哈希函数,从而得到最终的共享的密钥。
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