一种QKD控制端可切换的环型多用户系统技术方案

本实用新型专利技术提供一种QKD控制端可切换的环型多用户系统，系统是基于Sagnac环实现的，网络结构较为简单，技术较为成熟；同时，每个用户都通过偏振控制器来稳定光偏振态，使该系统具有较好的稳定性；两个多用户端都可以根据实际情况对网络用户数进行扩展，且通过波分复用/解复用器可以实现控制用户同时与接收端多个接收用户的量子密钥分发；每一个多用户端共用一个多波长激光产生装置，且通过可调光延时线的设置共用一组探测器，简化了网络结构，节省了网络成本；多波长激光产生装置有选择地产生具有一定波长间隔的多波长光脉冲，可以减小四波混频效应引起的信号串扰，降低误码率。降低误码率。降低误码率。

【技术实现步骤摘要】
一种QKD控制端可切换的环型多用户系统


[0001]本技术涉及量子保密通信与光通信
，更具体地，涉及一种 QKD控制端可切换的环型多用户系统。

技术介绍

[0002]量子保密通信不同于经典通信，它不是依赖数学计算的复杂性来增加窃听者在有限时间内的窃听难度，而是基于量子力学的基本原理及特性来发现窃听的存在，从而使合法通信双方的加密信息在理论上具有无条件安全性。随着信息技术的发展以及互联网应用的普及，量子保密通信已经成为国内外量子物理和信息科学交叉学科的研究热点。
[0003]量子保密通信的研究方向主要包括：量子密钥分发、量子秘密共享、量子隐形传态及量子中继。其中，量子密钥分发(QKD)作为量子保密通信发展最迅速、工程化程度最高的应用领域，自提出以来就受到了广泛关注。量子密钥分发是指通信双方将量子态作为信息的载体，通过量子信道协商出密钥的一种密钥分发方法。自从第一个量子密钥分发协议即BB84协议提出以来，许多实验方案已经证明了QKD的正确性和可行性。目前，QKD技术相对成熟，正逐步走向实际应用。
[0004]现阶段，点对点的QKD系统已经较为完善。为应对更广泛的通信需求， QKD的大规模网络化是亟待解决的问题。从2004年开始，国际上相关组织或机构相继部署建成了许多典型的多节点量子安全通信网络，如美国的DARPA 量子通信网络、欧盟的SECOQC量子通信网络、日本的东京量子密钥分发网络以及韩国的首尔量子通信网络等。我国的量子通信网络也走在了世界前列，从 2007年成功搭建了四用户量子通信网络，到目前已经可以实现覆盖几十个节点的城域量子通信网络。
[0005]首个多用户量子通信网络实验是于1997年由Townsend完成的，该实验基于分束器演示了一种无源星型QKD网络。此后，又有人提出了基于Sagnac环的环型QKD网络、基于光开关的可切换QKD网络、基于WDM的波分复用网络。上述几种网络都可以实现多用户量子密钥分发，结构较为简单，但都存在一定缺陷。无源星型网络光子利用率低，且随着用户数量的增加，每个用户接收到光子信号的不确定性也会增大。其他多用户QKD方案有所改进，但一个光脉冲一次只能被一个用户利用，实际上仍然是一对一的多用户QKD方案，且控制端只有一个用户，容易导致网络崩溃。这些问题不仅限制了用户数量的扩展，同时也导致光脉冲利用率较低等问题。另外，上述方案中收发双方都是固定的，只能进行一个方向的量子密钥分发。

技术实现思路

[0006]本技术提供一种QKD控制端可切换的环型多用户系统，该系统可以同时实现发送端用户与多个用户之间的量子密钥分发。
[0007]为了达到上述技术效果，本技术的技术方案如下：
[0008]一种QKD控制端可切换的环型多用户系统，包括Alice多用户端、Bob多用户端以及
光纤链路；所述光纤链路包括Alice多用户端基于Sagnac环的光纤链路、Bob多用户端基于Sagnac环的光纤链路以及公共光纤链路；所述Alice 多用户端通过公共光纤链路与所述Bob多用户端连接；
[0009]所述Alice多用户端包括n个Alice用户、光开关A、Alice端耦合单元以及 Alice多用户端相位调制器A；所述n个Alice用户依次接入Alice多用户端基于 Sagnac环的光纤链路中；所述光开关A与Alice端耦合单元依次接入公共光纤链路中，并与Alice多用户端基于Sagnac环的光纤链路连接，其中，n≥2且n 为整数；
[0010]所述Alice多用户端每个Alice用户包括依次连接的Alice强度调制器、 Alice偏振控制器、第一波分复用/解复用器、可调光延时线、Alice相位调制器、第二波分复用/解复用器以及可变光衰减器，并接入Alice多用户端基于Sagnac 环的光纤链路中；所述Alice可调光延时线与Alice第一波分复用/解装置连接，所述Alice相位调制器与Alice第二波分复用/解复用器连接；所述每个Alice用户的可调光延时线和相位调制器放置在第一波分复用/解复用器和第二波分复用/ 解复用器之间对应波长的脉冲链路上；
[0011]所述Alice端耦合单元包括多波长激光产生装置A、第三探测器、第四探测器、第三环形器以及第四环形器；所述多波长激光产生装置A、耦合器A以及第三探测器分别连接在第三环形器的一端；所述第四探测器连接在第四环形器的一端；所述多波长激光产生装置A用于同时产生多种波长间隔合适的光脉冲，以减小四波混频效应对信号传输的影响；
[0012]所述Bob多用户端包括n个Bob用户、光开关B、Bob端耦合单元以及 Bob多用户端相位调制器B；所述n个Bob用户依次接入Bob多用户端基于 Sagnac环的光纤链路中；所述光开关B与Bob端耦合单元依次接入公共光纤链路中，并与Bob多用户端基于Sagnac环的光纤链路连接；
[0013]所述Bob多用户端每个Bob用户包括依次连接的Bob强度调制器、Bob多用户端偏振控制器、第一波分复用/解复用器、可调光延时线、Bob相位调制器、第二波分复用/解复用器以及可变光衰减器，并接入Bob多用户端基于Sagnac 环的光纤链路中；所述Bob可调光延时线与Bob第一波分复用/解装置连接，所述Bob相位调制器与Bob第二波分复用/解复用器连接；所述每个Bob用户的可调光延时线和相位调制器放置在第一波分复用/解复用器和第二波分复用/解复用器之间对应波长的脉冲链路上；
[0014]所述Bob端耦合单元包括多波长激光产生装置B、第一探测器、第二探测器、第一环形器以及第二环形器；所述多波长激光产生装置B、耦合器B以及第一探测器分别连接在第一环形器的一端；所述第二探测器连接在第二环形器的一端；所述多波长激光产生装置B用于同时产生多种波长间隔合适的光脉冲，以减小四波混频效应对信号传输的影响；
[0015]所述Alice端可变光衰减器和Bob端可变光衰减器的工作参数是可衰减波长范围1260～1650nm；衰减范围2.5～60dB；插入损耗<2.5dB。
[0016]进一步地，所述第三环形器和第四环形器均为三端口环形器，包括第一端口、第二端口和第三端口，第一端口输入的信号只在第二端口输出，第二端口输入的信号只在第三端口输出；所述第三环形器的第一端口与所述多波长激光产生装置A相连，第二端口与耦合器A的第一输入端相连，第三端口与所述第三探测器相连；所述第四环形器的第一端口接入公共光纤链路，第二端口与耦合器A的第二输入端相连，第三端口与所述第四探测器相连；所述第一环形器和第二环形器均为三端口环形器，包括第一端口、第二端口和第三端口，第
一端口输入的信号只在第二端口输出，第二端口输入的信号只在第三端口输出；所述第一环形器的第一端口与所述多波长激光产生装置B相连，第二端口与耦合器B的第一输入端相连，第三端口与所述第一探测器相连；所述第二环形器的第一端口接入公共光纤链路，第二端口与耦合器B的第二输入端相连，第三端口与所述第二探测器相连。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种QKD控制端可切换的环型多用户系统，其特征在于，包括Alice多用户端、Bob多用户端以及光纤链路；所述光纤链路包括Alice多用户端基于Sagnac环的光纤链路、Bob多用户端基于Sagnac环的光纤链路以及公共光纤链路；所述Alice多用户端通过公共光纤链路与所述Bob多用户端连接；所述Alice多用户端包括n个Alice用户、光开关A、Alice端耦合单元以及Alice多用户端相位调制器A；所述n个Alice用户依次接入Alice多用户端基于Sagnac环的光纤链路中；所述光开关A与Alice端耦合单元依次接入公共光纤链路中，并与Alice多用户端基于Sagnac环的光纤链路连接，其中，n≥2且n为整数；所述Alice多用户端每个Alice用户包括依次连接的Alice强度调制器、Alice偏振控制器、第一波分复用/解复用器、可调光延时线、Alice相位调制器、第二波分复用/解复用器以及可变光衰减器，并接入Alice多用户端基于Sagnac环的光纤链路中；所述Alice可调光延时线与Alice第一波分复用/解装置连接，所述Alice相位调制器与Alice第二波分复用/解复用器连接；所述每个Alice用户的可调光延时线和相位调制器放置在第一波分复用/解复用器和第二波分复用/解复用器之间对应波长的脉冲链路上；所述Alice端耦合单元包括多波长激光产生装置A、第三探测器、第四探测器、第三环形器以及第四环形器；所述多波长激光产生装置A、耦合器A以及第三探测器分别连接在第三环形器的一端；所述第四探测器连接在第四环形器的一端；所述多波长激光产生装置A用于同时产生多种波长间隔合适的光脉冲，以减小四波混频效应对信号传输的影响；所述Bob多用户端包括n个Bob用户、光开关B、Bob端耦合单元以及Bob多用户端相位调制器B；所述n个Bob用户依次接入Bob多用户端基于Sagnac环的光纤链路中；所述光开关B与Bob端耦合单元依次接入公共光纤链路中，并与Bob多用户端基于Sagnac环的光纤链路连接；所述Bob多用户端每个Bob用户包括依次连接的Bob强度调制器、Bob多用户端偏振控制器、第一波分复用/解复用器、可调光延时线、Bob相位调制器、第二波分复用/解复用器以及可变光衰减器，并接入Bob多用户端基于Sagnac 环的光纤链路中；所述Bob可调光延时线与Bob第一波分复用/解装置连接，所述Bob相位调制器与Bob第二波分复用/解复用器连接；所述每个Bob用户的可调光延时...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵韬，胡敏，郭邦红，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：新型
国别省市：