一种连续变量量子密钥分发中信号光调制方差的动态调节方法与流程

本发明设计量子密钥分发控制技术，特别涉及连续变量量子密钥分发信源控制，尤其是一种连续变量量子密钥分发信号光的调制方差动态调节方法。

背景技术：

连续变量量子密钥分发可以为通信双方产生无条件安全的密钥，相较于离散变量量子密钥分发，有低成本，高稳定性，与经典系统兼容性高的特点，受到广泛的研究和关注，已经走在实用化的道路上。连续变量量子密钥分发系统最重要的性能参数是安全密钥率，安全密钥率是通过对收发数据的统计信息进行参数估计运算得到。

alice和bob分别拿出原始密钥的一部分(以下简称部分数据)，进行参数估计。alice和bob分别计算出部分数据的方差。alice把计算得到的方差和部分数据发送给bob。在bob端，bob利用alice发送过来的部分数据和对自己手中应的部分数据计算协方差矩阵。通过协方差矩阵就可以计算安全码率。在安全性分析中，通常对最符合实际情况的联合攻击下，反向协调时的安全码率进行计算。公式如(1)所示。

k＝βiab-χbe(1)

其中β为协调效率，iab为alice和bob的互信息，χbe为eve可获得的最大信息量,alice和bob的互信息可由公式(2)计算得到。

其中v是调制方差，χtot为总噪声，表示为χtot＝χline+χhom/t,χhom是bob端引入的零差探测器的总噪声，表示为χhom＝[(1-η)+υel]/η，η和υel分别表示为探测器效率和探测器电噪声。eve获得的信息是holevo量的上界，可由公式(3)计算得到。

s(ρ)是量子态ρ的冯诺依曼熵，计算方法如(4)所示。

其中g(x)＝(x+1)log2(x+1)-xlog2x，λi表示ρ态的协方差矩阵γ的辛特征值。高斯态ab取决于协方差矩阵γab，协方差矩阵如(5)所示。

其中χline为信道噪声，表示为χline＝1/t-1+ε，ε为过量噪声，t为信道传输效率。其辛特征值λ1,2通过公式(6)计算得到。

计算熵需要通过计算协方差矩阵的辛特征值得到，协方差矩阵如(7)所示。

其中mp表示moore-penrose逆矩阵。γb,γafg,可以从协方差矩阵中得到，如(8)所示。

根据系统可知

其中，

矩阵γf0g是用来描述探测器电噪声的方差υ的epr态。根据(10)计算辛特征值λ3,4,5。

最后一个辛特征值λ5＝1。则eve获取的信息为

最后，将(2)和(11)代入(1)中可计算得到联合攻击下的安全码率。

连续变脸量子密钥分发系统根据不同的系统参数存在一个最优的信号光调制方差，使得系统安全密钥率最高，如图1所示。但是系统参数会由于环境变化不断改变，因此发送端信号光的最优调制方差是不断变化的。

现有的连续变量量子密钥分发系统中，发送端信号光的调制方差是一个固定值，因此，不能在不同的情况都保持最高的安全密钥率。本发明通过参数估计结果获取实时信道参数，计算得到当前情况下的最优调制方差，实现对发送端信号光调制方差的实时调节，保证在不同的环境情况下依然能实现最优的系统性能。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

针对连续变量量子密钥分发系统调制方差不能随环境变化而改变的问题，本发明提出了一种连续变量量子密钥分发信号光的调制方差动态调节方法，通过参数估计实时获取信道参数，并根据信道参数计算最优的信号光调制方差，保证系统较高的安全密钥率。

(二)技术方案

本发明提供的一种连续变量量子密钥分发信号光的调制方差动态调节方法，包括四个步骤：

步骤1：发送端根据系统参数选取信号光的初始调制方差，制备相应的量子态；

步骤2：接收端选取测量结果传输到发送端进行参数估计，获取实时信道参数；

步骤3：发送端根据参数估计结果，实时调节调制方差。

以上步骤按顺序依次进行

所述步骤1中根据系统参数选取信号光初始调制方差的方法为：根据系统的传输距离，探测器效率，探测器噪声等参数选取信号光的初始调制方差。

所述步骤2中参数估计的方法为：接收端对数据进行测量，选取合适比例的测量结果传输到接收端进行参数估计，得到实时变化的信道参数(信道透射率，信道过量噪声等)。

所述步骤3中根据参数估计结果，实时调节调制方差的方法为：通过实时获取的信道参数，计算最优调制方差，并根据计算结果改变调制方差。

(三)有益效果

1.本发明通过参数估计获取实时信道参数，并计算最优信号光调制方差，使系统的安全密钥率在不同信道参数条件下保持较高的水平。

附图说明

图1为调制方差与安全密钥率的对应关系

图2为本发明的流程框图

具体实施方式

本发明通过参数估计获取实时信道参数并计算最优调制方差的方式调节连续变量量子密钥分发系统信号光的调制方差，从而使系统的安全密钥率在不同信道参数条件下保持较高的水平，具体步骤如下：

1.系统发送端根据系统参数(信道长度，探测器效率，探测器电噪声等)选取信号光的初始调制方差，制备量子态，发送给接收端。

2.接收端对量子态进行探测，选取部分测量结果传输至发送端，与对应的数据进行参数估计运算，获取实时的信道透射率，信道过量噪声等参数。

3.发送端根据实时获取的信道参数，计算最优调制方差，并根据计算结果改变调制方差，制备新的量子态发送至接收端。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。