量子通信系统发送端的单光子水平检测系统、方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种量子通信系统发送端的单光子水平检测系统、方法及装置，其中所述系统包括：单光子探测装置，用于获取所述接收端在密钥传输阶段接收的信号态光脉冲中的单光子的个数；光脉冲数获取装置，用于获取在所述密钥传输阶段所述发送端发射的信号态光脉冲的个数；计算装置，用于根据所述信号态光脉冲中的单光子的个数和所述信号态光脉冲的个数计算所述发送端所发射光脉冲的单光子水平。通过本发明专利技术，量子通信系统的发送端无法通过修改信号态光脉冲的数量值使得最终检测结果为其预期值，从而提高量子通信系统的安全性。

Single photon level detection system, method and device for transmitter of quantum communication system

The invention discloses a single photon horizontal detection system, method and device at the transmitter of a quantum communication system, which comprises a single photon detection device for acquiring the number of single photons in the signal state optical pulse received by the receiver at the key transmission stage, and an optical pulse number acquisition device for acquiring the number of single photons in the signal state optical pulse received by the receiver at the key transmission stage. In the key transmission stage, the number of signal-state optical pulses emitted by the sender is calculated, and the single-photon level of the light pulse emitted by the sender is calculated according to the number of single photons in the signal-state optical pulse and the number of signal-state optical pulses. According to the present invention, the transmitter of quantum communication system can not modify the number of signal state optical pulses to make the final detection result as its expected value, thereby improving the security of quantum communication system.

【技术实现步骤摘要】
量子通信系统发送端的单光子水平检测系统、方法及装置
本专利技术涉及量子通信
，具体涉及量子通信系统发送端的单光子水平检测系统、方法及装置。
技术介绍
量子通信中有三项核心技术，分别是单光子源技术、量子编码和传输技术、单光子检测技术。大量研究已经证明使用单光子源的量子通信是绝对安全的，并且具有很高的效率。基于安全性方面考虑，为了保证在通信过程中不会被光子数分束攻击，理想的单光子源应该严格满足每个脉冲中仅含有一个光子。现阶段大多数实验只能采用经过强衰减的相干态光源得到单光子源。在弱相干态光中，空脉冲、单光子脉冲和多光子脉冲的概率服从泊松分布，分别为：P(n＝0)＝e-μ，P(n＝1)＝μ·e-μ，P(n≥2)＝1-μ·e-μ-e-μ，n为光子数，μ为光脉冲中平均光子数。其中，由于空脉冲对生成密钥没有贡献，一般会计入系统总损耗之中；单光子脉冲可以视为理想的单光子源；多光子脉冲虽然也可以生成密钥，但是遭受Eve的光子分束攻击(PNS)。由此可以看出，当平均光子数增加时，空脉冲比例降低，使得系统通信效率有所提高，但同时多光子脉冲所占比例提高，使得系统安全性降低；若为降低多光子脉冲所占比例、提高系统安全性而过度降低光脉冲平均光子数，则会同时提高空脉冲所占比例，使得系统通信效率太低，在最终成码率上无法获得有效增益。由此可见，发送端的单光子水平(即光脉冲接近单光子脉冲的水平)是衡量量子通信系统安全性及通信效率的重要指标。现阶段单光子脉冲的制备较为困难，其制备成本远远超过经典信号的制备成本。相应地，量子通信系统的检测成本也远远高于经典通信系统的检测成本，尤其是量子密钥分配系统(英文全称：QuantumKeyDistribution，英文缩写：QKD)。量子密钥分配系统可以通过单光子脉冲实现密钥传输，以保证密钥传输的安全性。现有对于QKD系统的检测方法主要是先采用分散的检测工具，对系统中的单个设备或装置进行分别检测(例如，单光子探测器的探测效率、量子通信信道从发送端到接收端的衰减量等)；在组成量子密钥分配系统之后，还需要对各个设备或装置进行系统性的检测，即在系统运行状态下采用仪器对“发送端”的量子光强进行测量。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种量子通信系统发送端的单光子水平检测系统、方法及装置。根据第一方面，本专利技术实施例提供了一种量子通信系统发送端的单光子水平检测系统，设置在所述量子通信系统的接收端，所述系统包括：单光子探测装置，用于获取所述接收端在密钥传输阶段接收的信号态光脉冲中的单光子的个数；光脉冲数获取装置，用于获取在所述密钥传输阶段所述发送端发射的信号态光脉冲的个数；计算装置，用于根据所述信号态光脉冲中的单光子的个数和所述信号态光脉冲的个数计算所述发送端所发射光脉冲的单光子水平。结合第一方面，在第一方面第一实施方式中，所述单光子探测装置包括：单光子探测器，用于获取所述接收端所接收的光脉冲中的单光子的个数，并输出单光子探测计数序列；筛选装置，用于从所述探测计数序列中筛选出信号态光脉冲中的单光子个数。结合第一方面第一实施方式，在第一方面第二实施方式中，所述筛选装置包括：信号类型识别模块，用于识别出所接收的光脉冲中的同步光脉冲，并识别量子信号光脉冲的类型，输出同步光脉冲序列、量子信号类型序列；其中，所述密钥传输阶段传输的光脉冲包括同步光脉冲、量子信号光脉冲，所述量子信号光脉冲包括信号态光脉冲、诱骗态光脉冲，所述信号态光脉冲用于实际传输密钥，所述诱骗态光脉冲探测量子信道是否被窃听或攻击，所述同步光脉冲用于确认发送端发送了一次光脉冲；调整模块，用于调整所述单光子探测计数序列、所述量子信号类型序列分别与所述同步光脉冲序列对应；筛选模块，用于根据所述同步光脉冲序列和所述量子信号类型序列分析所述单光子探测计数序列中各个计数值对应的信号类型，并筛选出对应于信号态光脉冲中的单光子的个数。根据第二方面，本专利技术实施例提供了一种量子通信系统发送端的单光子水平检测方法，包括：在密钥传输阶段，获取在所述量子通信系统的接收端处接收的信号态光脉冲中的单光子的个数；在所述密钥传输阶段，获取所述量子通信系统的所述发送端发射的信号态光脉冲的个数；根据所述信号态光脉冲中的单光子的个数和所述信号态光脉冲的个数计算所述发送端所发射光脉冲的单光子水平。结合第二方面，在第二方面第一实施方式中，所述在密钥传输阶段，获取在所述量子通信系统的接收端处接收的信号态光脉冲中的单光子的个数的步骤，包括：获取接收端的单光子探测计数序列；获取同步光脉冲序列、量子信号类型序列；其中，所述密钥传输阶段传输的光脉冲包括同步光脉冲、量子信号光脉冲，所述量子信号光脉冲的类型包括信号态光脉冲、诱骗态光脉冲，所述信号态光脉冲用于实际传输密钥，所述诱骗态光脉冲探测量子信道是否被窃听或攻击，所述同步光脉冲用于确认发送端发送了一次光脉冲；调整所述单光子探测计数序列、所述量子信号类型序列分别与所述同步光脉冲序列对应；根据所述同步光脉冲序列和所述量子信号类型序列分析所述单光子探测计数序列中各个计数值对应的信号类型，并筛选出对应于信号态光脉冲中的单光子的个数。结合第二方面，在第二方面第二实施方式中，所述发送端所发射光脉冲的单光子水平α根据下列公式得到：其中，n为在所述量子通信系统的接收端处接收的信号态光脉冲中的单光子的个数，M为所述量子通信系统的所述发送端发射的信号态光脉冲的个数，λ为预设系数。结合第二方面第二实施方式，在第二方面第三实施方式中，所述预设系数λ根据下列公式得到：其中，tAB为所述发送端至所述接收端的量子通信信道的衰减系数，ηD为所述接收端处对单光子的探测效率。结合第二方面，在第二方面第四实施方式中，所述在所述密钥传输阶段，获取所述量子通信系统的所述发送端发射的信号态光脉冲的个数的步骤，包括：通过经典通信信道接收所述发送端发送的信号态光脉冲的个数；或者，在所述密钥传输阶段，识别出所述发送端发射信号态光脉冲时同步发射的同步光脉冲；对所述同步光脉冲进行计数。根据第三方面，本专利技术实施例提供了一种量子通信系统发送端的单光子水平检测装置，包括：第一获取单元，用于在密钥传输阶段，获取在所述量子通信系统的接收端处接收的信号态光脉冲中的单光子的个数；第二获取单元，用于在所述密钥传输阶段，获取所述量子通信系统的所述发送端发射的信号态光脉冲的个数；计算单元，用于根据所述信号态光脉冲中的单光子的个数和所述信号态光脉冲的个数计算所述发送端所发射光脉冲的单光子水平。结合第三方面，在第三方面第一实施方式中，所述第一获取单元包括：第一获取子单元，用于获取接收端的单光子探测计数序列；第二获取子单元，用于获取同步光脉冲序列、量子信号类型序列；其中，所述密钥传输阶段传输的光脉冲包括同步光脉冲、量子信号光脉冲，所述量子信号光脉冲的类型包括信号态光脉冲、诱骗态光脉冲，所述信号态光脉冲用于实际传输密钥，所述诱骗态光脉冲探测量子信道是否被窃听或攻击，所述同步光脉冲用于确认发送端发送了一次光脉冲；调整子单元，用于调整所述单光子探测计数序列、所述量子信号类型序列分别与所述同步光脉冲序列对应；筛选子单元，用于根据所述同步光脉冲序列和所述量子信号类型序列分析所述单光子探测计数序列中各个计数值对应的信号类型，并筛选出对应于信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种量子通信系统发送端的单光子水平检测系统，其特征在于，设置在所述量子通信系统的接收端，所述系统包括：单光子探测装置，用于获取所述接收端在密钥传输阶段接收的信号态光脉冲中的单光子的个数；光脉冲数获取装置，用于获取在所述密钥传输阶段所述发送端发射的信号态光脉冲的个数；计算装置，用于根据所述信号态光脉冲中的单光子的个数和所述信号态光脉冲的个数计算所述发送端所发射光脉冲的单光子水平。

【技术特征摘要】
1.一种量子通信系统发送端的单光子水平检测系统，其特征在于，设置在所述量子通信系统的接收端，所述系统包括：单光子探测装置，用于获取所述接收端在密钥传输阶段接收的信号态光脉冲中的单光子的个数；光脉冲数获取装置，用于获取在所述密钥传输阶段所述发送端发射的信号态光脉冲的个数；计算装置，用于根据所述信号态光脉冲中的单光子的个数和所述信号态光脉冲的个数计算所述发送端所发射光脉冲的单光子水平。2.根据权利要求1所述的量子通信系统发送端的单光子水平检测系统，其特征在于，所述单光子探测装置包括：单光子探测器，用于获取所述接收端所接收的光脉冲中的单光子的个数，并输出单光子探测计数序列；筛选装置，用于从所述探测计数序列中筛选出信号态光脉冲中的单光子个数。3.根据权利要求2所述的量子通信系统发送端的单光子水平检测系统，其特征在于，所述筛选装置包括：信号类型识别模块，用于识别出所接收的光脉冲中的同步光脉冲，并识别量子信号光脉冲的类型，输出同步光脉冲序列、量子信号类型序列；其中，所述密钥传输阶段传输的光脉冲包括同步光脉冲、量子信号光脉冲，所述量子信号光脉冲包括信号态光脉冲、诱骗态光脉冲，所述信号态光脉冲用于实际传输密钥，所述诱骗态光脉冲探测量子信道是否被窃听或攻击，所述同步光脉冲用于确认发送端发送了一次光脉冲；调整模块，用于调整所述单光子探测计数序列、所述量子信号类型序列分别与所述同步光脉冲序列对应；筛选模块，用于根据所述同步光脉冲序列和所述量子信号类型序列分析所述单光子探测计数序列中各个计数值对应的信号类型，并筛选出对应于信号态光脉冲对应的计数值。4.一种量子通信系统发送端的单光子水平检测方法，其特征在于，包括：在密钥传输阶段，获取在所述量子通信系统的接收端处接收的信号态光脉冲中的单光子的个数；在所述密钥传输阶段，获取所述量子通信系统的所述发送端发射的信号态光脉冲的个数；根据所述信号态光脉冲中的单光子的个数和所述信号态光脉冲的个数计算所述发送端所发射光脉冲的单光子水平。5.根据权利要求4所述的量子通信系统发送端的单光子水平检测方法，其特征在于，所述在密钥传输阶段，获取在所述量子通信系统的接收端处接收的信号态光脉冲中的单光子的个数的步骤，包括：获取接收端的单光子探测计数序列；获取同步光脉冲序列、量子信号类型序列；其中，所述密钥传输阶段传输的光脉冲包括同步光脉冲、量子信号光脉冲，所述量子信号光脉冲的类型包括信号态光脉冲、诱骗态光脉冲，所述信号态光脉冲用于实际传输密钥，所述诱骗态光脉冲探测量子信道是否被窃听或攻击，所述同步光脉冲用于确认发送端发送了一次光脉冲；调整所述单光子探测计数序列、所述量子信号类型序列分别与所述同步光脉冲序...

【专利技术属性】
技术研发人员：张小建，吴鹏，刘国军，李建岐，张梓平，孟凡博，葛维春，申扬，周旭，
申请(专利权)人：全球能源互联网研究院有限公司，国网辽宁省电力有限公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：北京,11