光子流安全通信方法技术

本发明专利技术涉及一种光子流安全通信方法。其原理是：Alice利用[发送信道]向Bob发送偏振纠缠光子流，基于量子纠缠的非定域关联与隐形传态特性、借助工业级光电器件实现纠缠光子的非定域关联与隐形传态，籍此实现通信功能。本方法的光子不携带信息、不要求成码率、不需要单光子探测、不需要量子基操作、不需要经典信道等，因此纠缠对光子源和发送信道的要求不高，易于实现。实现。实现。

【技术实现步骤摘要】
光子流安全通信方法


[0001]本专利技术属于量子通信
，具体涉及一种光子流安全通信方法(Photon Steam Secure Communication,PSSC)。

技术介绍

[0002]量子通信的保密手段是使用密码，其安全性取决于量子纠缠的不可克隆定理、不确定性原理和非定域关联特性。自1984年提出第一个量子通信方案，即BB84协议以来，迄今已发展出多种通信模式。典型的模式有量子密钥分配(QuantumKeyDistribution，QKD)、量子隐形传态(Quantum Teleportation，QT)和量子安全直接通信(Quantum Secure Direct Communication，QSDC)。量子通信的“硬”技术包括如量子密钥服务器、量子加密通信设备、经典信道共纤技术等等。量子通信的“硬”技术问题可以抽象为“技术安全漏洞”和“技术支撑不足”两类。例如，QKD需要利用经典信道交换信息，Eve利用“拦截再发攻击”有75％的概率得到Alice和Bob创建的裸码，即没有进行后处理的编码，这种情形属于“技术安全漏洞”。同样以“拦截再发攻击”为例，Eve之所以有攻击的机会，是因为QKD依赖的多项技术条件尚未成熟。
[0003]近几年QKD模式取得了显著的进展。如提出了测量设备无关量子密钥分发(Measurement Device Independent QKD，MDI
‑
QKD)协议、双场量子密钥分发(Twin
‑
Field Quantum QKD,TF<br/>‑
QKD)协议等。MDI
‑
QKD可以使探测端信道免受攻击，但严格要求光源稳定可信，即需要“硬技术”的支持；TF
‑
QKD旨在突破光纤信道传输距离对成码率的限制，同样需要“硬技术”的支持，例如需要实现两个独立激光源的高对比度干涉，以及对全局基矢相位的快速监测。中国率先在TF
‑
QKD应用领域取得了突破，实现了833公里光纤信道量子密钥分发。这一成果基于一系列“硬技术”的突破，例如独立光源的超稳光学频率同步技术、高带宽信道相位补偿技术、高信噪比单光子探测信号甄别技术等。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于针对一些需要专线通信的应用场景，给出一种相对简单、现有技术可以支撑的模式，使之既能够充分利用量子通信的“原理性安全”优势，又能够弥补现有“硬”技术的不足，因此提供一种光子流安全通信方法即PSSC，Alice和Bob之间的发送信道仅用于传输不携带信息的纠缠态光子。
[0005]本专利技术涉及一种光子流安全通信方法，其工作原理是：Alice利用[发送信道]向Bob发送偏振纠缠光子流，基于量子纠缠的非定域关联与隐形传态特性、借助工业级光电器件实现纠缠光子的非定域关联与隐形传态，籍此实现通信功能。
[0006]为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种光子流安全通信方法，实现如下：
[0007]纠缠光子源连续输出偏振纠缠光子对形成光子流，纠缠光子对中的一路通过发送信道发送给Bob，具体过程是首先经偏振器滤除垂直偏振线偏振光，再经发送信道、检偏器和光电探测器使Bob得到编码信息；另一路进入Alice侧，经延迟器、偏振方向旋转器后自行
湮灭；Alice依据信息编码的需要，通过编码器控制偏振方向旋转器的偏振方向在0～90
°
范围内变化，将需要发送的信息调制加载到光路中：
[0008]偏振方向旋转器的偏振方向为0
°
时，Alice侧垂直偏振的纠缠光子的偏振方向为0
°
，发送信道中垂直偏振的纠缠光子经偏振器在发送信道入口处滤除，Alice信道中相应的水平偏振纠缠光子坍缩；基于量子纠缠的非定域关联特性设置检偏器的偏振轴，使与Alice侧垂直偏振纠缠光子相对应的Bob侧的水平偏振纠缠光子完全通过检偏器，光电探测器探测到的光强最大，相应的信息编码为1；
[0009]偏振方向旋转器的偏振方向为90
°
时，Alice侧垂直偏振的纠缠光子的偏振方向旋转至90
°
，发送信道中垂直偏振的纠缠光子经偏振器在发送信道入口处滤除，Alice信道中相应的水平偏振纠缠光子坍缩；基于量子纠缠的非定域关联特性设置检偏器的偏振轴，使与Alice侧垂直偏振纠缠光子相对应的Bob侧的水平偏振纠缠光子不能通过检偏器，光电探测器探测到的光强最小，相应的信息编码为0；
[0010]光电探测器输出的电脉冲信号即为信息编码，籍此实现Alice与Bob之间的单端通信。
[0011]在本专利技术一实施例中，Alice控制偏振方向旋转器的偏振方向在0～90
°
的范围内变化，0
°
时对应的信息编码为1，90
°
时对应的信息编码为0，籍此将需要发送的信息调制加载到光路中。
[0012]在本专利技术一实施例中，所述延迟器的作用是补偿发送信道的时延，使纠缠光子对中的一个光子在Alice的光路中到达位置A时，纠缠光子对中的另一个光子在Bob的光路中到达位置A
’
，以保证偏振方向旋转器的作用有效。
[0013]在本专利技术一实施例中，所述量子纠缠的非定域关联的作用是将位置A之前的光路与位置A
’
之后的光路连接在一起，构成一个完整的通信光路；信息传送是通过AA
’
之间量子纠缠的非定域关联和隐形传态作用实现的，发送信道提供所需的纠缠光子流。
[0014]以上方案同样适用于卫星保密通信。可以采用II类自发参量下转换偏振纠缠光子源，以获得更大的发送功率；同时可以避开光纤信道的衰减与噪声，以获得更好的通信效果。
[0015]相较于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术及其优选方案当中光子不携带信息、不要求成码率、不需要单光子探测、不需要量子基操作等，因此对光源和信道的要求不高，易于实现。可以适用于专线通信，如政府、军队、公安、企业的保密专线或专网，异地数据中心的数据传输等。
附图说明
[0016]图1是本专利技术光子流安全通信方法技术实施例方案示意图。
[0017]图中包括：[纠缠光子源]、[偏振器]、[发送信道]，[检偏器]，[光电探测器]，[延迟器]，[偏振方向旋转器]，[编码器]。
具体实施方式
[0018]下面结合附图，对本专利技术的技术方案进行具体说明。
[0019]应该指出，以下详细说明都是示例性的，除非另有指明，以下说明使用的技术和科
学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0020]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光子流安全通信方法，其特征在于，实现如下：纠缠光子源连续输出偏振纠缠光子对形成光子流，纠缠光子对中的一路通过发送信道发送给Bob，具体过程是首先经偏振器滤除垂直偏振线偏振光，再经发送信道、检偏器和光电探测器使Bob得到编码信息；另一路进入Alice侧，经延迟器、偏振方向旋转器后自行湮灭；Alice依据信息编码的需要，通过编码器控制偏振方向旋转器的偏振方向在0～90
°
范围内变化，将需要发送的信息调制加载到光路中：偏振方向旋转器的偏振方向为0
°
时，Alice侧垂直偏振的纠缠光子的偏振方向为0
°
，发送信道中垂直偏振的纠缠光子经偏振器在发送信道入口处滤除，Alice信道中相应的水平偏振纠缠光子坍缩；基于量子纠缠的非定域关联特性设置检偏器的偏振轴，使与Alice侧垂直偏振纠缠光子相对应的Bob侧的水平偏振纠缠光子完全通过检偏器，光电探测器探测到的光强最大，相应的信息编码为1；偏振方向旋转器的偏振方向为90
°
时，Alice侧垂直偏振的纠缠光子的偏振方向旋转至90
°
，发送信道中垂直偏振的纠缠光子经偏振器在发送信道入口处滤除，Alice信道中相应的水平偏振纠缠光子坍缩；基于量子纠缠的非...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐启峰，黄奕钒，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：