量子通信系统及其发送端和接收端技术方案

本申请涉及量子通信系统及其发送端和接收端结构。该发送端包括第一经典通信设备、第一QKD设备、第一和第四FWDM。其中，第一经典通信设备和第一QKD设备分别采用O波段和S/C/L波段中的一个。第一FWDM的透射端和反射端分别连接第一经典通信设备和第一QKD设备，公共端连接第一光纤；第四FWDM的透射端和反射端分别连接第一经典通信设备和第一QKD设备，公共端连接第二光纤。由此通过将量子光信号和协商光信号分于第一和第二光纤上传输，可以保证在不对经典通信设备进行过多处理的前提下，使量子密钥分发设备正常工作，且经典通信设备保持正常无误码运转。无误码运转。无误码运转。

【技术实现步骤摘要】
量子通信系统及其发送端和接收端


[0001]本技术涉及通信
，特别是一种量子通信系统，以及用于该量子通信系统的发送端和接收端结构。

技术介绍

[0002]量子保密通信是不同于经典通信的一种保密通信方式，能够通过量子密钥分发(Quantum Key Distribution，QKD)在通信双方之间产生完全一致的无条件安全的密钥，该密钥通过“一次一密”的方式加密经典信息，即能够保证信息传递的安全性，因而受到广泛关注。量子保密通信网络在建设中存在一个突出问题，即量子信息与经典信息需要采用不同光纤分别完成传输任务，因此量子保密通信网络的建设要比一般通信网络的建设多消耗近一倍的光纤数量，从而占用了光纤通信网络的大量资源。在实用化的量子保密通信网络中，通常采用波分复用的技术或方法来部署QKD相关设备，使之与经典通信网络融合，可节省大量光纤资源，降低部署成本，有利于QKD技术的推广和普及。
[0003]图1示出了现有技术中的一种量子通信装置(例如参见中国专利申请CN107465502 A)，在其采用的经典
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量子波分复用装置中，通过特定波段的合波器及分波器实现经典光信号和量子光信号共纤传输，并且通过分配经典光信号的波长和量子光信号的波长，来降低经典光信号拉曼散射噪声对量子光信号的影响。
[0004]图2示出了现有技术中的一种经典
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量子波分复用系统(例如参见中国专利申请CN 110830121 A)，其中通过减小经典光信号脉宽的占空比，来降低其拉曼散射效应对量子光信号的影响，从而实现两者共纤传输，且互不干扰。
[0005]图3示出了现有技术中的一种共纤传输发送及接收设备(例如参见中国专利申请CN 109391332 A)，其中通过对经典光的功率进行调整，结合合波器和分波器，实现经典量子信号共纤传输。
[0006]如上所述，在已有的量子通信方案中，经典信号和量子信号在共纤传输过程中，为了降低经典光信号(包括QKD所需的上下行协商信号)对量子光信号的影响，往往需要对经典光信号做一定的“处理”。这种处理的方法可能会包括：降低经典光的光强、压窄经典光的光脉冲宽度，甚至需要对经典光的波长资源进行重新分配。这些处理手段虽可能会使量子信号可以不受影响地在光纤中传输，但也会给既有网络中的经典信号以及QKD协商信号带来了较多的不确定性，在一定程度上降低经典通信的质量，例如在经典通信中出现丢包、误码等情况，这使得既有网络中的通信业务及QKD协商效率受到影响。
[0007]在发送方共纤传输之前加入可调光衰减器，降低经典光信号的功率，是大多数现有技术为实现经典
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量子信号共纤传输普遍采用的方法之一。虽说经典光设备信号在实际部署时确实可能预留了一部分光功率，一定程度上有光功率富余，但这些富余本身是为了应对经典通信过程中出现异常的插损增加(如光纤弯曲较大、端面有些污染等情况的出现)时，在一定范围内，经典通信仍然可正常进行而预留的功率。
[0008]为了在时域上降低经典光的干扰时间，现有技术甚至还提出对经典通信设备的光
脉冲信号的脉宽进行调整压缩，这不仅在技术上有较大的风险，而且在具体实施过程中，经典通信运营商从管理角度为了保证经典通信质量，也难以同意对经典光脉宽进行调整，这会涉及对经典光信号的驱动电路进行改造，风险极大，因而压缩经典光脉宽的方法几乎只是可以在理论和实验中进行尝试，在既有经典网络已部署成型的情形下，几乎不具备可操作性。
[0009]通过对经典信号和量子信号的波长资源进行再分配，来降低经典光噪声的影响，在新建网络时，或许可以统筹考虑一并实施。但目前通过波分复用的方式部署QKD时，经典网络往往早已建设完毕，其波长资源早已成体系，并处于运转之中，并非允许轻易对其波长资源进行重新分配，因而该方法在实施经典
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量子共纤传输时也很难具备可行性。

技术实现思路

[0010]为了解决上述已有方案中因经典
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量子波分复用导致的不足之处，本申请提出了一种量子通信系统及其发送端和接收端结构，其中，基于已有的经典双纤通信方案，例如IPRAN、SDH以及OTN等双纤通信场景，借助FWDM的特殊性能并结合双纤结构，将用于量子密钥分发的光信号分散于不同光纤上进行传输，保证在不对经典通信设备进行过多“干预”或“处理”的前提下，使量子密钥分发(QKD)设备正常工作，且经典通信设备保持正常无误码运转。
[0011]本技术的第一方面涉及一种用于量子通信的发送端，其包括第一经典通信设备和第一QKD设备，其中：
[0012]所述第一经典通信设备用于输出波长处于第一和第二波段中的一个内的第一经典光信号，以及接收波长处于所述第一和第二波段中的一个内的第二经典光信号；
[0013]所述第一QKD设备用于输出波长处于所述第一和第二波段中的另一个内的量子光信号；
[0014]所述第一波段为O波段，所述第二波段为S/C/L波段；
[0015]所述发送端还包括第一FWDM和第四FWDM，其中：
[0016]所述第一FWDM被设置成，透射端和反射端中的一个用于连接所述第一经典通信设备以接收所述第一经典光信号，所述透射端和反射端中的另一个用于连接所述第一QKD设备以接收所述量子光信号，且公共端连接第一光纤以允许所述第一经典光信号和量子光信号复用所述第一光纤；
[0017]所述第四FWDM被设置成，透射端和反射端中的一个连接所述第一经典通信设备以向其传输第二经典光信号，所述透射端和反射端中的另一个连接所述第一QKD设备以与其进行协商光信号的交互，且公共端连接第二光纤。
[0018]进一步地，所述第一FWDM的透射端和反射端分别连接所述第一经典通信设备和第一QKD设备；并且，所述第四FWDM的透射端连接所述第一经典通信设备，反射端用于实现对所述协商光信号的交互。
[0019]进一步地，该发送端还可以包括第一波分复用器，且所述协商光信号包括上行协商光和下行协商光，其中：所述第一波分复用器被设置用于允许所述上行和下行协商光信号复用连接于所述第一波分复用器与第四FWDM之间的光纤传输。所述第一波分复用器优选为CWDM。
[0020]进一步地，该发送端还可以包括第一和第二光收发单元，其中：所述第一光收发单元用于向所述第一波分复用器发送所述上行协商光信号；所述第二光收发单元用于从所述第一波分复用器接收所述下行协商光信号。所述光收发单元优选为SFP光模块。
[0021]进一步地，所述经典光信号的波长处于O波段，所述量子光信号的波长处于S/C/L波段，且所述FWDM具有1260
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1360nm的透射带宽和1400
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1650nm的反射带宽；或者，所述经典光信号的波长处于S/C/L波段，所述量子光信号的波长处于O波段，且所述FWDM具有1400
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1650nm的透射带宽和1260
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1360nm的反射带宽。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于量子通信的发送端，其包括第一经典通信设备和第一QKD设备，其中：所述第一经典通信设备用于输出波长处于第一和第二波段中的一个内的第一经典光信号，以及接收波长处于所述第一和第二波段中的一个内的第二经典光信号；所述第一QKD设备用于输出波长处于所述第一和第二波段中的另一个内的量子光信号；所述第一波段为O波段，所述第二波段为S/C/L波段；所述发送端还包括第一FWDM和第四FWDM，其中：所述第一FWDM被设置成，透射端和反射端中的一个用于连接所述第一经典通信设备以接收所述第一经典光信号，所述透射端和反射端中的另一个用于连接所述第一QKD设备以接收所述量子光信号，且公共端连接第一光纤以允许所述第一经典光信号和量子光信号复用所述第一光纤；所述第四FWDM被设置成，透射端和反射端中的一个连接所述第一经典通信设备以向其传输第二经典光信号，所述透射端和反射端中的另一个连接所述第一QKD设备以与其进行协商光信号的交互，且公共端连接第二光纤。2.如权利要求1所述的发送端，其中：所述第一FWDM的透射端和反射端分别连接所述第一经典通信设备和第一QKD设备；并且，所述第四FWDM的透射端连接所述第一经典通信设备，反射端用于实现对所述协商光信号的交互。3.如权利要求1所述的发送端，其还包括第一波分复用器，且所述协商光信号包括上行协商光和下行协商光，其中：所述第一波分复用器被设置用于允许所述上行和下行协商光信号复用连接于所述第一波分复用器与第四FWDM之间的光纤传输。4.如权利要求3所述的发送端，其中，所述第一波分复用器为CWDM。5.如权利要求3或4所述的发送端，其还包括第一和第二光收发单元，其中：所述第一光收发单元用于向所述第一波分复用器发送所述上行协商光信号；所述第二光收发单元用于从所述第一波分复用器接收所述下行协商光信号。6.如权利要求5所述的发送端，其中，所述光收发单元为SFP光模块。7.如权利要求1所述的发送端，其中：所述经典光信号的波长处于O波段，所述量子光信号的波长处于S/C/L波段，且所述FWDM具有1260
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1360nm的透射带宽和1400
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1650nm的反射带宽；或者，所述经典光信号的波长处于S/C/L波段，所述量子光信号的波长处于O波段，且所述FWDM具有1400
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1650nm的透射带宽和1260
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1360nm的反射带宽。8.一种用于量子通信的接收端，其包括第二经典通信设备和第二QKD设备，其中：所述第二经典通信设备用于输出波长处于第一和第二波段中的一个内的第二经典光信号，以及接收波长处于所述第一和第二波段中的一个内的第一经典光信号；所述第二QKD设备用于接收波长处于所述第一和第二波段中的另一个内的量子光信号；所述第一波段为O波段，所述第二波段为S/C/L波段；
所述接收端还包括第二FWDM和第三FWDM，其中：所述第三FWDM被设置成，透射端和反射端中的一个用于连接所述第二经典通信设备以向其输出第一经典光信号，所述透射端和反射端中的另一个连接所述第二QKD设备以向其输出量子光信号，且公共端连接第一光纤；所述第二FWDM被设置成，透射端和反射端中的一个连接所述第二经典通信设备...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶俊，马龑，王立伟，刘仁德，唐世彪，
申请(专利权)人：科大国盾量子技术股份有限公司，
类型：新型
国别省市：