本發(fā)明屬于量子密鑰分發(fā)，更具體地，本發(fā)明涉及一種基于pzt調(diào)相的量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)及pzt相位校正方法。

背景技術(shù)：

1、隨著現(xiàn)代化通信技術(shù)的迅速發(fā)展，通信的環(huán)境愈來愈復(fù)雜，通信安全問題也日益加重，各行各業(yè)對(duì)于通信安全越來越重視。目前最常用的rsa加密算法在量子計(jì)算的沖擊下，安全性已經(jīng)難以得到保障。而量子保密通信是基于量子力學(xué)的基本定律，量子不可克隆性和海森堡測(cè)不準(zhǔn)原理，利用“一次一密”的方式對(duì)信息進(jìn)行加密保障了量子密碼的無條件的安全性，量子密鑰分發(fā)技術(shù)的應(yīng)用也隨之越來越廣泛。

2、量子密鑰分發(fā)技術(shù)中常用的編碼方式主要有偏振編碼及相位編碼。在偏振編碼光纖傳輸方案的量子密鑰分發(fā)中,由于光纖在信道中固有的雙折射效應(yīng)，使得光子在傳輸過程中偏振態(tài)會(huì)隨機(jī)發(fā)生變化，受外界環(huán)境影響較大，使得到達(dá)接收端光子偏振態(tài)無法預(yù)測(cè)，如果按照約定的偏振方向進(jìn)行測(cè)量就可能產(chǎn)生錯(cuò)誤的探測(cè)結(jié)果，導(dǎo)致傳輸距離短、誤碼率高等問題。而使用相位編碼方案的量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)，可消除光纖信道中偏振擾動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的影響，環(huán)境魯棒性更強(qiáng)。因此現(xiàn)在常用的主要是相位編碼的量子密鑰分發(fā)方案，通過對(duì)光子的相位差進(jìn)行編碼達(dá)到傳遞密鑰信息。

3、但在量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)中，發(fā)送端每調(diào)制1比特光量子，隨機(jī)數(shù)資源需要4比特：激光器是否開門(1/0，1為有光子，0為真空態(tài))、強(qiáng)度調(diào)制器調(diào)制信號(hào)態(tài)還是誘騙態(tài)、基比特調(diào)制0相位還是π/2相位、密鑰比特調(diào)制0相位還是π相位，同時(shí)接收端也需要2比特：基比特調(diào)制0相位還是π/2相位、密鑰比特調(diào)制0相位還是π相位，接收端中高速相位調(diào)制器的解碼與發(fā)送端中高速編碼器的編碼頻率保持一致，在光量子發(fā)送頻率翻倍的同時(shí)，接收端的隨機(jī)數(shù)需求也翻倍，導(dǎo)致隨機(jī)數(shù)資源不足。且發(fā)送端輸出的多數(shù)光子消亡在信道中，無法到達(dá)接收端，按照50km信道衰減和光學(xué)差損估計(jì)，光量子到達(dá)接收端的概率也只在1‰的量級(jí)，如果接收端也使用同樣高速的相位調(diào)制頻率，將會(huì)造成隨機(jī)數(shù)資源的極大浪費(fèi)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供于一種基于pzt調(diào)相的量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)，旨在改善上述問題中的至少一個(gè)。

2、本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種基于pzt調(diào)相的量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：發(fā)送端及接收端，發(fā)送端通過量子態(tài)傳輸信道與接收端之間進(jìn)行量子通信，其中；

3、發(fā)送端產(chǎn)生單光子的量子光脈沖，將量子光脈沖隨機(jī)調(diào)制為不同相位的信號(hào)態(tài)光脈沖或誘騙態(tài)光脈沖，并通過量子態(tài)傳輸信道發(fā)送至接收端；

4、接收端包括：分束器，將到達(dá)接收端的光量子分成兩個(gè)相同的光信號(hào)，分別輸入第一pzt及第二pzt，第一pzt通過控制其工作電壓保持對(duì)輸入的光量子加載一個(gè)0相位調(diào)制，第二pzt通過控制其工作電壓保持對(duì)輸入的光量子加載一個(gè)π/2相位調(diào)制，與第一pzt連接的第一零拍單光子探測(cè)器spd、第二零拍單光子探測(cè)器spd，以及與第二pzt連接的第三零拍單光子探測(cè)器spd、第四零拍單光子探測(cè)器spd，第一零拍單光子探測(cè)器spd在第一pzt之后經(jīng)過環(huán)形器施加一個(gè)0相位差，第二零拍單光子探測(cè)器spd在第一pzt之后經(jīng)過環(huán)形器施加一個(gè)π相位差，第三零拍單光子探測(cè)器spd在第二pzt之后經(jīng)過環(huán)形器施加一個(gè)0相位差，第四零拍單光子探測(cè)器spd在第二pzt之后經(jīng)過環(huán)形器施加一個(gè)π相位差。

5、本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種基于基于pzt調(diào)相的量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的pzt相位校正方法，所述方法具體如下：

6、(1)確定第一pzt、第二pzt的期望工作電壓；

7、(2)基于第一零拍單光子探測(cè)器spd或第二零拍單光子探測(cè)器spd當(dāng)前的探測(cè)誤碼率及第一pzt的當(dāng)前工作電壓與期望工作電壓的偏離距離動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)第一pzt的工作電壓；

8、(3)基于第三零拍單光子探測(cè)器spd或第四零拍單光子探測(cè)器spd的探測(cè)誤碼率及第二pzt的當(dāng)前工作電壓與期望工作電壓的偏離距離動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)第二pzt的工作電壓。

9、進(jìn)一步的，第一pzt的期望工作電壓確定方法具體如下：

10、控制基比特調(diào)相器發(fā)送0101基比特時(shí)鐘碼，密鑰比特調(diào)相器發(fā)送0101密鑰比特時(shí)鐘碼，將基比特時(shí)鐘編碼及密鑰比特時(shí)鐘編碼的第一位定義為0序號(hào)，按照設(shè)定的步長(zhǎng)改變第一pzt的電壓值，每改變一次電壓電壓值，發(fā)送端發(fā)送一定量的光脈沖，分別統(tǒng)計(jì)第一零拍單光子探測(cè)器spd對(duì)發(fā)送端發(fā)出的奇計(jì)數(shù)光脈沖和偶計(jì)數(shù)光脈沖的響應(yīng)，將對(duì)偶計(jì)數(shù)光脈沖響應(yīng)最高的電壓值作為第一pzt的期望工作電壓。

11、進(jìn)一步的，第二pzt的期望工作電壓確定方法具體如下：

12、控制基比特調(diào)相器發(fā)送0101基比特時(shí)鐘碼，密鑰比特調(diào)相器發(fā)送0101密鑰比特時(shí)鐘碼，將基比特時(shí)鐘編碼及密鑰比特時(shí)鐘編碼的第一位定義為0序號(hào)，按照設(shè)定的步長(zhǎng)改變第二pzt的電壓值，每改變一次電壓值，發(fā)送端發(fā)送一定量的光脈沖，分別統(tǒng)計(jì)第四零拍單光子探測(cè)器spd對(duì)發(fā)送端發(fā)出的奇計(jì)數(shù)光脈沖和偶計(jì)數(shù)光脈沖的響應(yīng)，將對(duì)奇計(jì)數(shù)光脈沖響應(yīng)最高的電壓值作為第二pzt的期望工作電壓。

13、進(jìn)一步的，所述pzt的工作電壓的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)過程具體如下：

14、(21)在本輪結(jié)束時(shí)，確定對(duì)應(yīng)零拍單光子探測(cè)器spd的平均誤碼率err_currt，檢測(cè)本輪的平均誤碼率err_currt是否大于誤碼率閾值，若檢測(cè)結(jié)果為是，則執(zhí)行步驟(22)；

15、(22)確定本輪的平均誤碼率err_currt相比于上一輪的平均誤碼率err_old是否下降，若檢測(cè)結(jié)果為是，則將pzt本輪的電壓調(diào)節(jié)方向作為下一輪的電壓調(diào)節(jié)方向，若檢測(cè)結(jié)果為否，則將pzt本輪的電壓調(diào)節(jié)方向的反向作為下一輪的電壓調(diào)節(jié)方向；

16、(23)計(jì)算pzt工作電壓的調(diào)節(jié)步長(zhǎng)volt_step，volt_step＝|err_currt-err_old|·100·ρ，ρ為比例系數(shù)，反應(yīng)誤碼率與pzt工作電壓與期望工作電壓的偏離距離的比例；

17、(24)在下一輪的工作電壓調(diào)節(jié)方向上將本輪工作電壓調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)volt_step后形成pzt在下一輪的工作電壓。

18、進(jìn)一步的，在步驟(21)之前還包括：

19、檢測(cè)該平均誤碼率err_currt是否大于誤碼率閾值上限err_thld_up，若檢測(cè)結(jié)果為是，則返回步驟(1)，若檢測(cè)結(jié)果為否，則執(zhí)行步驟(21)。

20、進(jìn)一步的，所述pzt為第一pzt或第二pzt，在pzt為第一pzt時(shí)，平均誤碼率err_currt為第一零拍單光子探測(cè)器spd的探測(cè)誤碼率與第二零拍單光子探測(cè)器spd的探測(cè)誤碼率的平均值，在pzt為第二pzt時(shí)，平均誤碼率err_currt為第三零拍單光子探測(cè)器spd的探測(cè)誤碼率與第四零拍單光子探測(cè)器spd的探測(cè)誤碼率的平均值

21、進(jìn)一步的，比例系數(shù)ρ的標(biāo)定方法具體如下：

22、在確定pzt的期望工作電壓之后，在該期望工作電壓附近按照一定的電壓步長(zhǎng)step＝2改變工作電壓，每次改變工作電壓，發(fā)送一定數(shù)量n的光子數(shù)，統(tǒng)計(jì)相應(yīng)零拍單光子探測(cè)器spd的探測(cè)誤碼率，并記錄當(dāng)前的探測(cè)誤碼率以及pzt的工作電壓與期望工作電壓的差值，最后擬合探測(cè)誤碼率與pzt的工作電壓與期望工作電壓的差值間的比例系數(shù)ρ。

23、進(jìn)一步的，零拍單光子探測(cè)器spd的探測(cè)誤碼率確定方法具體如下：

24、發(fā)送端隨機(jī)調(diào)制光量子的基比特、密鑰比特及強(qiáng)度調(diào)制器調(diào)制信號(hào)，在alice?rawkey中記錄當(dāng)前隨機(jī)調(diào)制光量子的基比特、密鑰比特及強(qiáng)度調(diào)制器調(diào)制信號(hào)；

25、該光脈沖達(dá)到接收端后，若第一零拍單光子探測(cè)器spd響應(yīng)，則bob?raw?key記錄基比特為0，密鑰比特為0，若第二零拍單光子探測(cè)器spd響應(yīng)，則bob?raw?key記錄基比特為0，密鑰比特為1；若第三零拍單光子探測(cè)器spd響應(yīng)，則bob?raw?key記錄基比特為1，密鑰比特為0，若第四零拍單光子探測(cè)器spd響應(yīng)，則bob?raw?key記錄基比特為1，密鑰比特為1，

26、將bob?raw?key發(fā)送至接收端，基于alice?raw?key確定bob?raw?key中的信號(hào)態(tài)光子，保留信號(hào)態(tài)光子在bob?raw?key、alice?raw?key中基比特一致的密鑰比特，通過隨機(jī)公布部分密鑰比特，用以確定對(duì)應(yīng)零拍單光子探測(cè)器spd當(dāng)前的誤碼率。

27、本發(fā)明通過pzt作為相位調(diào)制器，對(duì)光量子進(jìn)行調(diào)相，按照探測(cè)器的響應(yīng)來被動(dòng)解碼，無需相位調(diào)制器參與調(diào)制，且減少了2bit/光子的高速量子隨機(jī)數(shù)資源，大大降低高速量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用的成本和難度，進(jìn)而提高量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的安全密鑰生成率和擴(kuò)大其應(yīng)用場(chǎng)景范圍。