量子安全直接通信的双向通信装置和方法制造方法及图纸

本申请提供一种量子安全直接通信的双向通信装置和方法，该装置包括：激光器，用于产生光脉冲；强度调制器，用于对光脉冲进行调制；衰减器，用于将调制后的光脉冲进行衰减处理，获得衰减后的光脉冲；环形器，用于控制衰减后的光脉冲的传输方向和路径，并将光脉冲发送到干涉仪，干涉仪用于对接收到的光脉冲进行干涉处理，获得干涉后的光脉冲，并用于将自光纤信道接收的光脉冲进行干涉处理，获得第一干涉结果和第二干涉结果；第一单光子探测器，与环形器相连，用于探测第一干涉结果；以及第二单光子探测器，与干涉仪相连，用于探测第二干涉结果。根据本申请的方案，在QSDC系统中使用对称性设计，具有成本低、光纤链路消耗少、组网便捷等优势。势。势。

【技术实现步骤摘要】
量子安全直接通信的双向通信装置和方法


[0001]本申请涉及量子安全直接通信领域，尤其涉及一种量子安全直接通信的双向通信装置和方法。

技术介绍

[0002]量子通信利用量子力学原理进行信息传输和处理，具有高安全、高容量等优点。目前，量子保密通信主要包括量子密钥分发、量子安全直接通信(Quantum Secure Direct Communication，QSDC)等多种方式。量子安全直接通信在量子信道中直接传输秘密信息，是一种新式的量子通信模式。
[0003]自2000年提出以来，量子安全直接通信得到了迅速的发展，经历了4个发展阶段：
[0004]1、2000—2004年，提出概念与建立理论；
[0005]2、2005—2015年，发展协议与应用探索；
[0006]3、2016—2019年，原理验证与样机制备；
[0007]4、2020年至今，产品研制与推进实用。

技术实现思路

[0008]专利技术人发现，量子安全直接通信实际通信需求中需要双方同时具备发射和接收功能，但现有的QSDC系统方案均为单向通信，即一套设备只能完成A端到B端的信息传输，而无法完成B端到A端的信息传输，如需达到实际需求则需要两套QSDC系统才能完成。然而，这会导致成本以及光纤信道使用数的成倍增加。
[0009]针对上述问题，根据本申请的一个方面，提供了一种量子安全直接通信的双向通信装置，其特征在于，包括：
[0010]激光器，用于产生光脉冲；
[0011]强度调制器，用于对所述光脉冲进行调制，形成调制后的光脉冲；卷号：230152CI
[0012]衰减器，用于将所述调制后的光脉冲进行衰减处理，获得衰减后的光脉冲；
[0013]环形器，用于实现所述衰减后的光脉冲的复用和分离，并控制所述衰减后的光脉冲的传输方向和路径；
[0014]干涉仪，所述环形器将所述衰减后的光脉冲发送到所述干涉仪，所述干涉仪用于对接收到的所述衰减后的光脉冲进行干涉处理，获得第一干涉后的光脉冲，并经由光纤信道进行发送，并用于将自光纤信道接收的光脉冲进行干涉处理，获得第二干涉后的光脉冲，其中，所述第二干涉后的光脉冲包括第一干涉结果和第二干涉结果，所述激光器、所述强度调制器、所述衰减器、所述环形器和所述干涉仪依次相连；
[0015]第一单光子探测器，与所述环形器相连，用于探测所述第一干涉结果；以及
[0016]第二单光子探测器，与所述干涉仪相连，用于探测所述第二干涉结果。
[0017]根据本申请的另一个方面，提供了一种采用上述量子安全直接通信的双向通信装置进行通信的方法，其特征在于，包括：
[0018]通过所述激光器产生光脉冲；
[0019]通过所述强度调制器对所述光脉冲进行调制，形成调制后的光脉冲；
[0020]通过所述衰减器将所述调制后的光脉冲进行衰减处理，获得衰减后的光脉冲；
[0021]通过所述环形器实现所述衰减后的光脉冲的复用和分离，控制所述衰减后的光脉冲的传输方向和路径，并将所述衰减后的光脉冲发送到所述干涉仪；
[0022]通过所述干涉仪对所述衰减后的光脉冲进行干涉处理，获得第一干涉后的光脉冲，经由光纤信道进行发送。
[0023]根据本申请的又一个方面，提供了一种采用上述量子安全直接通信的双向通信装置进行通信的方法，其特征在于，包括：
[0024]通过所述干涉仪将来自光纤信道的光脉冲进行干涉处理，获得第二干卷号：230152CI
[0025]涉后的光脉冲，其中，所述第二干涉后的光脉冲包括第一干涉结果和第二干涉结果；
[0026]通过所述第一单光子探测器探测所述第一干涉结果；
[0027]通过所述第二单光子探测器探测所述第二干涉结果。
[0028]根据本申请提供的量子安全直接通信的双向通信方案，通过精妙的设计，在QSDC系统中使用对称性设计，任一方可以通过一套光学系统完成通信双方实时互通的功能，无发射端、接收端的区别，便于进行芯片、模块化发展；而且，与现有方案相比，本申请的方案具有成本低、光纤链路消耗少、组网便捷等一系列优势。
附图说明
[0029]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图，而并不超出本申请要求保护的范围。
[0030]图1是根据本申请实施例的量子安全直接通信的双向通信装置的示意图。
[0031]图2是根据本申请实施例的采用如图1所示的量子安全直接通信的双向通信装置进行通信的方法的流程图。
[0032]图3是根据本申请另一个实施例的采用如图1所示的量子安全直接通信的双向通信装置进行通信的方法的流程图。
具体实施方式
[0033]下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0034]根据本申请的一个方面，图1是根据本申请实施例的量子安全直接卷号：230152CI
[0035]通信的双向通信装置的示意图。如图1所示，该双向通信装置包括激光器(LASER)、强度调制器(IM)、衰减器(ATT)、环形器(CIR)、干涉仪、第一单光子探测器(APD1)和第二单
光子探测器(APD2)，其中，激光器、强度调制器、衰减器、环形器和干涉仪依次相连，第一单光子探测器与环形器相连，第二单光子探测器与干涉仪相连。
[0036]根据一些实施例，如图1所示，干涉仪可以包括两个分束器(BS)和相位调制器(PM)，两个分束器中第一分束器与环形器和相位调制器相连，两个分束器中第二分束器与相位调制器相连。
[0037]根据一些实施例，如图1所示，干涉仪可以包括分束器(BS)、偏振分束器(PBS)和相位调制器(PM)，分束器与环形器和相位调制器相连；偏振分束器与相位调制器相连。
[0038]需要说明的是，除了图1示出的干涉仪的组成，干涉仪还可以有其他组成结构。本领域技术人员可以理解的是，只要能够实现对光脉冲的干涉，采用其他结构的干涉仪也属于本申请的范围。
[0039]根据一些实施例，图1所示的双向通信装置还可以包括偏振控制器，其与干涉仪相连。如图1所示，在干涉仪包括两个分束器和相位调制器的情况下，偏振控制器与第二分束器相连；在干涉仪包括分束器、偏振分束器和相位调制器的情况下，偏振器与相位调制器相连。
[0040]根据一些实施例，图1所示的双向通信装置还可以包括反馈单元(图中未示出)，其与强度调制器连接，用于监测强度调制器的功率，并向激光器进行反馈。
[0041]根据图1所示的双向通信装置，下面，以通信端A向通信端B发送本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种量子安全直接通信的双向通信装置，其特征在于，包括：激光器，用于产生光脉冲；强度调制器，用于对所述光脉冲进行调制，形成调制后的光脉冲；衰减器，用于将所述调制后的光脉冲进行衰减处理，获得衰减后的光脉冲；环形器，用于实现所述衰减后的光脉冲的复用和分离，并控制所述衰减后的光脉冲的传输方向和路径；干涉仪，所述环形器将所述衰减后的光脉冲发送到所述干涉仪，所述干涉仪用于对接收到的所述衰减后的光脉冲进行干涉处理，获得第一干涉后的光脉冲，并经由光纤信道进行发送，并用于将自光纤信道接收的光脉冲进行干涉处理，获得第二干涉后的光脉冲，其中，所述第二干涉后的光脉冲包括第一干涉结果和第二干涉结果，所述激光器、所述强度调制器、所述衰减器、所述环形器和所述干涉仪依次相连；第一单光子探测器，与所述环形器相连，用于探测所述第一干涉结果；以及第二单光子探测器，与所述干涉仪相连，用于探测所述第二干涉结果。2.如权利要求1所述的双向通信装置，其特征在于，还包括：偏振控制器，与所述干涉仪相连，用于将所述第一干涉后的光脉冲调制至第一目标偏振态，或者用于将来自光纤信道的光脉冲调制至第二目标偏振态。3.如权利要求1或2所述的双向通信装置，其特征在于，所述干涉仪包括第一分束器、相位调制器和第二分束器，其中：所述第一分束器与所述环形器和所述相位调制器相连，用于将来自所述环形器的光脉冲分配到所述相位调制器和所述第二分束器；所述第二分束器与所述相位调制器相连，用于合并直接来自所述第一分束器的光脉冲和来自所述相位调制器的光脉冲。4.如权利要求1或2所述的双向通信装置，其特征在于，所述干涉仪包括分束器、相位调制器和偏振分束器，其中：所述分束器与所述环形器和所述相位调制器相连，用于将来自所述环形器的光脉冲分配到所述相位调制器和所述偏振分束器；所述偏振分束器与所述相位调制器相连，用于合并直接来自所述分束器的...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋萧天，潘栋，张春生，张飞昊，王敏，牛鹏皓，陈秀伟，张威，郭建兴，龙桂鲁，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：