基于多波长通道混叠纠缠光源的量子通信组网方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于多波长通道混叠纠缠光源的量子通信组网方法及系统，通过多泵浦非线性介质产生多个平行存在、互相独立的自发非线性效应，亦即在同一非线性介质中构建了多个宽带纠缠光源，各纠缠光源输出光谱存在一定混叠(将此类光源命名为混叠纠缠光源)；利用经典光纤通信系统中较为成熟的密集波分复用技术对纠缠单光子进行波长通道配置；构建独立于各用户的量子网络服务器并将各波长纠缠光子分发给各用户，保证每两个用户之间至少共享一对独立的就擦汗呢单光子；纠缠光子共享可由波长通道天然混叠和人工配置实现，从而实现波长通道利用率较高、多用户任意互联、结构灵活可调的量子通信网络。

【技术实现步骤摘要】
基于多波长通道混叠纠缠光源的量子通信组网方法及系统
本专利技术属于非线性光学、光纤光学、量子通信领域，具体是指一种利用多泵浦自发非线性效应实现具有波长通道混叠特性的宽带纠缠单光子输出、通过密集波分复用系统进行波长通道配置实现多用户任意互联的量子通信组网技术。
技术介绍
量子通信技术，基于海森堡测不准原理、量子态不可复制原理、量子态不可分离原理等，是目前公认的、在“一次一密”工作模式下具备极高安全属性的颠覆性通信技术。近30年来，量子通信技术取得了一系列研究成果，在量子通信协议的设计开发和安全验证、量子通信系统现实安全性、物理漏洞修复、器件小型化集成化和大规模组网应用等方面取得了长足进步。另一方面，自1991年Ekert独立提出第一个基于纠缠的量子通信协议以来，基于纠缠的(光)量子通信技术特别是量子隐形传态通信技术更是得到了飞速发展。纠缠量子通信技术的核心是纠缠光源，常见方案包括双路独立单光子序列后纠缠、自发频率下转换自纠缠和自发四波混频自纠缠等几种。当前量子通信系统普遍沿用点对点工作模式，在构建复杂结构大规模量子通信网络时需配备大量终端本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多波长通道混叠纠缠光源的量子通信组网方法，其特征在于所述方法由实现多波长通道混叠纠缠光源、纠缠单光子波长通道重配置以及多用户任意互联量子通信组网构成；/n所述实现多波长通道混叠纠缠光源主要通过多泵浦自发非线性效应实现，包括二阶非线性介质中的自发频率下转换效应和三阶非线性介质中的自发四波混频效应；/n所述纠缠单光子波长通道重配置，通过构建量子网络服务器并对纠缠单光子进行波长通道重配置；/n所述多用户任意互联量子通信组网包括结合波长通道重配置结果和纠缠光源内生的波长通道混叠现象，利用尽可能少的波长通道为多用户提供纠缠单光子共享服务，最终构建多用户任意互联量子通信网络。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于多波长通道混叠纠缠光源的量子通信组网方法，其特征在于所述方法由实现多波长通道混叠纠缠光源、纠缠单光子波长通道重配置以及多用户任意互联量子通信组网构成；
所述实现多波长通道混叠纠缠光源主要通过多泵浦自发非线性效应实现，包括二阶非线性介质中的自发频率下转换效应和三阶非线性介质中的自发四波混频效应；
所述纠缠单光子波长通道重配置，通过构建量子网络服务器并对纠缠单光子进行波长通道重配置；
所述多用户任意互联量子通信组网包括结合波长通道重配置结果和纠缠光源内生的波长通道混叠现象，利用尽可能少的波长通道为多用户提供纠缠单光子共享服务，最终构建多用户任意互联量子通信网络。


2.根据权利要求1所述的基于多波长通道混叠纠缠光源的量子通信组网方法，其特征在于，所述多波长通道混叠纠缠光源通过两路以上多波长单光子序列纠缠实现或通过多泵浦自发非线性效应实现。


3.根据权利要求2所述的基于多波长通道混叠纠缠光源的量子通信组网方法，其特征在于，所述通过两路多波长单光子序列纠缠实现包括：
步骤S101、多波长单光子序列内包含多个波长不同的单光子，建立其中波长相同的至少两个单光子之间的纠缠关联；
步骤S102、通过光学晶体或周期极化铌酸锂波导多泵浦自发频率下转换效应实现宽带波长混叠纠缠单光子输出，通过密集波分复用系统进行波长通道化并实现具有通道混叠特性的多波长纠缠单光子输出；
步骤S103、通过冷却光纤或微纳波导多泵浦自发四波混频效应实现宽带波长混叠纠缠单光子输出，通过密集波分复用系统进行波长通道化并实现具有通道混叠特性的多波长纠缠单光子输出。


4.根据权利要求2所述的基于多波长通道混叠纠缠光源的量子通信组网方法，其特征在于，所述通过多泵浦自发非线性效应实现是通过以硅基微环腔为代表的非线性谐振腔，将非线性增益集中在谐振频率附近一定带宽内，同时获得非线性效应增强和多波长窄带滤波功能，当多个泵浦同时满足谐振条件时，实现具有通道混叠特性的多波长纠缠单光子输出。


5.根据权利要求1所述的基于多波长通道混叠纠缠光源的量子通信组网方法，其特征在于，所述纠缠单光子波长通道重配置是构建量子网络服务器并对纠缠单光子进行波长通道重配置，通过密集波分复用器实现，包括构建多用户任意互联网络拓扑，计算通信网络中互联关系数量，当网络拓扑结构为N个用户直接互联时，互联关系数量为N×(N-1)，所需波长通道数量为2N×(N-1)；至多利用N台密集波分复用器，将具备纠缠关联的单光子合并到同一光学路径中并分发给各用户；每组互联关系的建立至少需要一对纠缠光子；借助多波长通道混叠纠缠光源输出特性，将所需波长通道数量降至至多N×(N-1)，成倍提升量子网络服务器的工作效率。


6.根据权利要求1-6之一所述的基于多波长通道混叠纠缠光源的量子通信组网方法，其特征在于，所述方法可构建量子密钥分发网络，或可构建量...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭凯，王俊华，刘轩铭，曹毅宁，
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：北京;11