一种基于几何坐标变换的多用户制造技术

本发明专利技术公开了一种基于几何坐标变换的多用户

【技术实现步骤摘要】
一种基于几何坐标变换的多用户QKD网络系统及方法


[0001]本专利技术涉及量子网络与光通信
，具体涉及一种基于几何坐标变换的多用户
QKD
网络系统及方法
。

技术介绍

[0002]随着计算技术的高速发展，现有的基于计算复杂度的密码体系受到了挑战，一次一密技术被重视起来，因此基于量子力学原理，即海森堡测不准原理和量子态不可克隆原理的量子密钥分发
(Quantum Key Distribution
，
QKD)
技术受到了人们的青睐，其基于量子力学的安全性保证了信息的绝对安全性
。
量子密钥分发技术能让发送方
Alice
和接收方
Bob
以绝对安全的方式共享分享密钥
。
双方的密钥发送信道可以是自由空间或者光纤，对于普通的量子信号来说，我们通常使用光纤信道进行光纤光通信
。
而发送基于轨道角动量的量子信号时需要构建专用光纤，因此也常采用自由空间作为信道
。
[0003]轨道角动量
(Orbital Angular Momentum,OAM)
具有高维特性，理论上有无限多个本征态，这使得单个光子在理论上可以承载无限量的信息，给数据传输容量的大幅提升提供了可能性
。
现在已经有不少利用光子的轨道角动量来实现高维量子系统的研究出现，例如用分振幅法产生双光束以实现干涉的
M
‑
Z
干涉仪，清楚地体现了量子力学中的路径选择问题，该干涉仪在
QKD
中有着重要应用
。
还有基于几何坐标变换的量子密钥分发方法，其方法最大特点是可实现无能量损耗的模式空间分离输出，有着良好的发展前景
。
[0004]扩展多用户量子网络成为量子通信发展的必然趋势
。
但现有的
QKD
技术大多都是基于点对点链接的
。
目前
,
由网络的组网拓扑结构决定了实现量子密钥分配主要有三种情况
:
网络中任意两个通信者之间的密钥分配，一点对多点之间的密钥分配，以及多点对多点的密钥分配
。
常见的几类典型
QKD
网络组网方案有树型
、
环形
、
总线型和网状型等网络拓扑结构，可以发现，相较于环形
、
总线型网络拓扑结构，网状型
、
树型的
QKD
网络拓扑方案有着较为简单的结构，在用户量较少的情况下网络性能有优势
。
[0005]如何合理地分配点对点链接的资源，同时基于几何坐标变换的多用户
QKD
网络系统，将量子密钥分发从一个区域扩展到另外一个区域，增强通信安全性以及可靠性，降低多用户链接的成本是现有技术亟待解决的问题
。
[0006]现有方案中采用基于
M
‑
Z
干涉仪实现多用户
QKD
网络系统及其密钥分发方法，其系统应用于光子态为轨道角动量时，系统实现成本较高，应用价值不大，仍需提出一种适用于轨道角动量的多用户
QKD
网络系统及其密钥分发方法
。
[0007]因此，有待对现有技术的不足进行改进，提出一种基于几何坐标变换的多用户
QKD
网络系统及方法
。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是为了克服已有技术的缺陷，为了解决如何合理地分配点对点链接的资源以及降低多用户链接的成本，提出了一种基于几何坐标变换的多用户
QKD
网络系统
及方法
。
[0009]本专利技术方法通过下述技术方案实现的：
[0010]一种基于几何坐标变换的多用户
QKD
网络系统，包括
n
层网络单元，
[0011]所述
n
层网络单元包括信号发送装置
、
信号接收装置
、
波长路由装置和几何坐标变换型量子密钥接发单元，其中：
[0012]第一层网络单元包括1个信号发送装置和1个波长路由置；
[0013]第二层网络单元包括2个几何坐标变换型量子密钥接发单元和2个波长路由装置；
[0014]以此类推，第
n
‑1层网络单元包括2n
‑2个几何坐标变换型量子密钥接发单元和2n
‑2个波长路由装置；
[0015]第
n
层网络单元包括2n
‑1‑4个信号接收装置和2n
‑1‑4波长路由装置；
[0016]每一层网络单位中任意一个波长路由装置对应连接一个信号发送装置
、
信号接收装置或几何坐标变换型量子密钥接发单元
,
第
n
‑1层的任意一个波长路由装置与第
n
层的两个波长路由装置通过光纤信道对应连接，从第一层到第
n
层顺序连接形成
n
层树型网络结构；
[0017]所述几何坐标变换型量子密钥接发单元包括信号发送装置或信号接收装置，所述信号发送装置用于发送光信号至波长路由装置；所述波长路由装置用于转发光信号；所述信号接收装置用于将该光信号转化为电信号
。
[0018]优选地，所述信号发送装置包括依次连接的氦氖激光器
、
第一透镜
L1、
第二透镜
L2、
第一光衰减片
R1、
第一空间光调制器
SLM1、
中继透镜
L3、
镀膜透镜
L4、
第二光衰减片
R2、
第二空间光调制器
SLM2、
傅里叶变换透镜
L5、
第三光衰减片
R3、
第三空间光调制器
SLM3
和第三透镜
L6
；
[0019]所述氦氖激光器用于产生不同波长的光信号并输入到第一透镜
L1
和第二透镜
L2
；
[0020]所述第一透镜
L1
和第二透镜
L2
用于对光信号进行扩束和准直；
[0021]所述第一光衰减片
R1、
第二光衰减片
R2
和第三光衰减片
R3
用于衰减光信号的光强；
[0022]所述第一空间光调制器
SLM1
用于对光信号的强度信息和相位信息进行编程并产生任意拉盖尔
‑
高斯模的叠加；
[0023]所述中继透镜
L3
和镀膜透镜
L4
用于选择一阶衍射光束；
[0024]所述第二空间光调制器
SLM2
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于几何坐标变换的多用户
QKD
网络系统，其特征在于，包括
n
层网络单元，所述
n
层网络单元包括信号发送装置
、
信号接收装置
、
波长路由装置和几何坐标变换型量子密钥接发单元，其中：第一层网络单元包括1个信号发送装置和1个波长路由置；第二层网络单元包括2个几何坐标变换型量子密钥接发单元和2个波长路由装置；第
n
‑1层网络单元包括2n
‑2个几何坐标变换型量子密钥接发单元和2n
‑2个波长路由装置；第
n
层网络单元包括2n
‑1‑4个信号接收装置和2n
‑1‑4波长路由装置；每一层网络单位中任意一个波长路由装置对应连接一个信号发送装置
、
信号接收装置或几何坐标变换型量子密钥接发单元
,
第
n
‑1层的任意一个波长路由装置与第
n
层的两个波长路由装置通过光纤信道对应连接，从第一层到第
n
层顺序连接形成
n
层树型网络结构；所述几何坐标变换型量子密钥接发单元包括信号发送装置或信号接收装置，所述信号发送装置用于发送光信号至波长路由装置；所述波长路由装置用于转发光信号；所述信号接收装置用于将该光信号转化为电信号
。2.
根据权利要求1所述的一种基于几何坐标变换的多用户
QKD
网络系统，其特征在于，所述信号发送装置包括依次连接的氦氖激光器
、
第一透镜
L1、
第二透镜
L2、
第一光衰减片
R1、
第一空间光调制器
SLM1、
中继透镜
L3、
镀膜透镜
L4、
第二光衰减片
R2、
第二空间光调制器
SLM2、
傅里叶变换透镜
L5、
第三光衰减片
R3、
第三空间光调制器
SLM3
和第三透镜
L6
；所述氦氖激光器用于产生不同波长的光信号并输入到第一透镜
L1
和第二透镜
L2
；所述第一透镜
L1
和第二透镜
L2
用于对光信号进行扩束和准直；所述第一光衰减片
R1、
第二光衰减片
R2
和第三光衰减片
R3
用于衰减光信号的光强；所述第一空间光调制器
SLM1
用于对光信号的强度信息和相位信息进行编程并产生任意拉盖尔
‑
高斯模的叠加；所述中继透镜
L3
和镀膜透镜
L4
用于选择一阶衍射光束；所述第二空间光调制器
SLM2
作为转换光学元件用于变换图像；所述傅里叶变换透镜
L5
用于进行几何坐标变换；所述第三空间光调制器
SLM3
作为相位校正光学元件用于校正相位畸变；所述第三透镜
L6
用于聚焦变换后的光束，将变换后光束的不同轨道角动量聚焦到指定的横向位置
。3.
根据权利要求2所述的一种基于几何坐标变换的多用户
QKD
网络系统，其特征在于，所述氦氖激光器产生光信号依次发送到第一透镜
L1
和第二透镜
L2
中，在第一透镜
L1
和第二透镜
L2
中进行扩束和准直后进入到第一光衰减片
R1
中进行第一次光强的衰减然后进入到第一空间光调制器
SLM1

【专利技术属性】
技术研发人员：郭邦红，范啸东，谢欢文，
申请(专利权)人：广东国腾量子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：