基于冗余校验和纠错重传的量子直接通信方法技术

本发明专利技术公开了一种基于冗余校验和纠错重传的量子直接通信方法、系统及存储介质，发送方用数字通信信号调制多波长单光子序列，并将携带信息的多波长单光子序列并纤传输；接收方通过信息处理光路、波分复用器和单光子探测器对多波长单光子序列进行探测，根据探测结果判断线路安全并解析明文信息；接收方利用经典信道将未获取明文信息的时序位置回传给发送方，发送方将对应明文信息重新编码发送；通过多次重复上述过程，最终实现以单光子为信息载体的全部信息传输。本发明专利技术通过冗余校验和纠错重传机制，能够有效克服以单光子为信息载体的量子直接通信因为传输损耗而造成的数据丢失，同时兼具量子通信普遍具备的安全等级，为构建实用化量子通信网络提供重要参考。化量子通信网络提供重要参考。化量子通信网络提供重要参考。

【技术实现步骤摘要】
基于冗余校验和纠错重传的量子直接通信方法


[0001]本专利技术属于量子通信学科领域，具体是指一种利用数字通信信号调制多波长单光子序列、通过多波长信号冗余校验获取有效明文信息，通过纠错反馈和反复重传完成全部信息传输的量子直接通信方法及系统，尤其涉及一种对关键数据基于冗余校验和纠错重传的量子直接通信方法、系统及存储介质。

技术介绍

[0002]量子通信是一种以量子态为信息编码对象的通信技术，通过远端用户量子态同步共享实现信息交互。一方面，决定于海森堡测不准原理、量子不可分离原理和量子不可克隆原理，任何通信链路变化(窃听攻击或环境扰动)都会破坏量子态同步共享机制，这一特性被广泛应用于实现点对点安全通信；另一方面，分布式量子计算和量子传感等应用需要量子态直接传输，只能通过量子通信技术实现。
[0003]量子通信技术包括量子保密通信技术和量子直接通信技术，量子保密通信技术主要通过远端用户量子态同步共享机制实现实时密钥分发，通过量子密钥与通信数据的诸位异或实现加解密操作；量子直接通信通过远端用户量子态同步共享机制实现实时数据传输，毋须量子加解密操作。量子直接通信能够消除量子密钥分发的三个潜在安全漏洞：密钥传输泄露、密钥安全管理失当、窃听侦知与信息防护不同步。然而，量子直接通信实现难度高于量子密钥分发，即需要对量子态进行精准编码(而非随机数生成)操作，且在传输损耗影响下数据载体单光子的湮灭会造成数据丢失。

技术实现思路

[0004]针对现有技术，本专利技术要解决的技术问题是如何利用数字通信信号调制多波长单光子序列，将明文信息同时加载在多波长单光子序列上；接收方根据多波长单光子序列的探测结果判断线路安全、解析明文信息，并通过经典信道向发送方提出纠错反馈和重传申请；通过多次重复上述过程，可实现以单光子为信息载体的量子直接通信。
[0005]本专利技术通过波分复用引入的冗余机制和纠错反馈主导的重传操作，能够有效解决以单光子为信息载体的量子直接通信因为传输损耗而造成的数据丢失问题，是一种可行性较高的量子直接通信方法。
[0006]为了达到上述效果，本专利技术提供的基于冗余校验和纠错重传的量子直接通信方法，由发送方和接收方执行，将明文信息同时加载于多波长单光子序列，通过对多波长通道探测结果的冗余校验解译明文信息，通过纠错申请、反复重传实现全部信息传递。
[0007]优选的，上述方法具体包括：
[0008]步骤一、波分复用编码，利用数字通信信号调制多波长单光子序列的特定光学自由度，使并纤传输的多波长单光子序列同时携带明文信息；
[0009]步骤二、冗余校验解码，通过波分复用器将多波长单光子序列分离至不同光学路径并分别用单光子探测器探测，比较各波长通道探测结果、校验误码率指标判断线路安全、
将各波长同步结果解析为明文信息；
[0010]步骤三、纠错反馈重传，接收方将未确定的无冗余校验和未获取的无探测结果的时序位置反馈给发送方提出纠错申请，发送方将剩余信息编码重传；
[0011]步骤四、重复执行步骤一至三直至最终完成量子直接通信。
[0012]优选的，上述方法将明文信息解译成数字通信信号，通过调制器调制多波长单光子序列的某个光学自由度。
[0013]优选的，上述携带信息的光学自由度包括但不限于偏振方向、到达时间、相对相位，对应调制器类型分别为偏振调制器、可调谐延迟线、相位调制器。
[0014]优选的，上述多波长单光子序列的调制自由度相同或不同；所述多波长单光子序列通过量子光频梳光源产生或通过多套波长不同的单光子源经波分复用和时间同步合束产生，传输信道既可为通信光纤，为大气、海水或其他自由空间介质。
[0015]优选的，上述方法通过信息处理光路、波分复用器和单光子探测器探测各波长单光子序列响应，经过时间分析仪整合各波长响应结果。
[0016]优选的，上述方法对于特定时序位置，当出现多个波长同时响应且响应结果一致时，此处解译的明文信息即为有效信息，当仅出现一个波长响应或无响应时，此处视为无效信息；判定响应结果一致的波长数量应不少于两个。
[0017]优选的，上述接收方将无效信息对应时序位置编译成纠错请求通过经典信道回传给发送方，所述发送方将未送达明文信息重新编码传输；纠错请求格式采用与明文信息等长的二进制码或采用包含时序位置序号的变长二进制码；所述发送方重新发送完整的明文信息或剔除有效信息后发送剩余信息。
[0018]一种实现如上述基于冗余校验和纠错重传的量子直接通信方法的系统，包括单光子探测器、时间分析仪、波分复用器、多个调制器、多个光纤、量子光频梳光源，系统还包括：
[0019]发送方模块，发送完整的明文信息或剔除有效信息后发送剩余信息；
[0020]接收方模块，将无效信息对应时序位置编译成纠错请求通过经典信道回传给发送方，将未送达明文信息重新编码传输；
[0021]波分复用编码模块，利用数字通信信号调制多波长单光子序列的特定光学自由度，使并纤传输的多波长单光子序列同时携带明文信息；
[0022]冗余校验解码模块，通过波分复用器将多波长单光子序列分离至不同光学路径并分别用单光子探测器探测，比较各波长通道探测结果、校验误码率指标判断线路安全、将各波长同步结果解析为明文信息；
[0023]纠错反馈重传模块，纠错请求格式采用与明文信息等长的二进制码或采用包含时序位置序号的变长二进制码。
[0024]一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。
[0025]与现有技术相比，本专利技术将明文信息同时加载于多波长单光子序列，通过对多波长通道探测结果的冗余校验解译明文信息，通过纠错申请、反复重传等实现全部信息传递，有效地克服了传输损耗致单光子湮灭带来的数据丢失问题和非完美器件引发的噪声干扰问题，在具备量子通信通用安全属性的前提下，避免了量子保密通信方法可能面临的密钥传输泄露、密钥安全管理适当、窃听侦知与信息防护不同步等风险，可为实用化量子通信网
络提供重要技术参考。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对本专利技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0027]图1示出了本专利技术基于冗余检验-纠错重传的量子直接通信方法工作流程示意图。
具体实施方式
[0028]下面将详细描述本专利技术的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本专利技术，并不被配置为限定本专利技术。对于本领域技术人员来说，本专利技术可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本专利技术的示例来提供对本专利技术更好的理解。
[0029]需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于冗余校验和纠错重传的量子直接通信方法，由发送方和接收方执行，其特征在于所述方法将明文信息同时加载于多波长单光子序列，通过对多波长通道探测结果的冗余校验解译明文信息，通过纠错申请、反复重传实现全部信息传递。2.根据权利要求1所述的基于冗余校验和纠错重传的量子直接通信方法，其特征在于，所述方法具体包括：步骤一、波分复用编码，利用数字通信信号调制多波长单光子序列的特定光学自由度，使并纤传输的多波长单光子序列同时携带明文信息；步骤二、冗余校验解码，通过波分复用器将多波长单光子序列分离至不同光学路径并分别用单光子探测器探测，比较各波长通道探测结果、校验误码率指标判断线路安全、将各波长同步结果解析为明文信息；步骤三、纠错反馈重传，接收方将未确定的无冗余校验和未获取的无探测结果的时序位置反馈给发送方提出纠错申请，发送方将剩余信息编码重传；步骤四、重复执行步骤一至三直至最终完成量子直接通信。3.根据权利要求1或2所述的基于冗余校验和纠错重传的量子直接通信方法，其特征在于，所述方法将明文信息解译成数字通信信号，通过调制器调制多波长单光子序列的某个光学自由度。4.根据权利要求2所述的基于冗余校验和纠错重传的量子直接通信方法，其特征在于，所述携带信息的光学自由度包括但不限于偏振方向、到达时间、相对相位，对应调制器类型分别为偏振调制器、可调谐延迟线、相位调制器。5.根据权利要求2所述的基于冗余校验和纠错重传的量子直接通信方法，其特征在于，所述多波长单光子序列的调制自由度相同或不同；所述多波长单光子序列通过量子光频梳光源产生或通过多套波长不同的单光子源经波分复用和时间同步合束产生，传输信道既可为通信光纤，为大气、海水或其他自由空间介质。6.根据权利要求1所述的基于冗余校验和纠错重传的量子直接通信方法，其特征在于，所述方法通过信息处理光路、波分复用...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨林，郭凯，曹毅宁，任双印，保金桢，
申请(专利权)人：军事科学院系统工程研究院网络信息研究所，
类型：发明
国别省市：