【技术实现步骤摘要】
本申请涉及量子密钥分发，特别涉及一种量子网络通信系统。
技术介绍
1、目前，随着量子计算机技术的飞速发展，经典的安全体制正面临着严重的威胁。量子计算机在计算的并行性这方面远超于目前的二进制计算机。传统计算机需要指数级的时间分解大的整数，而量子计算机仅需多项式级的时间即可完成该工作，因此，基于大数分解的主流非对称加密算法在量子计算机面前将丧失其安全性，可以预见，基于非对称加密等经典密码学体系下的技术的区块链系统不再适用于未来的安全需求。因此，需要使用量子安全的安全技术对传统基于经典密码学的区块链进行改造。
2、量子密钥分发(quantum key distribution，qkd)是一种密钥的安全传输方式。其安全性基础并不依赖于数学复杂性，而是依赖于物理学中量子力学的基本原理，在理论上具有绝对安全性。即使窃听者拥有无穷大的算力，由于量子力学中的不可克隆定理，窃听者无法完美克隆任意量子态。因此，任何对量子密钥分发过程的窃听，都有可能改变量子态本身，造成高误码率，从而使窃听被发现。
3、连续变量量子密钥分发(continuous variable quantum key distribution，cvqkd)和离散变量量子密钥分发(discrete variable quantum key distribution，dvqkd)是量子密钥分发(qkd)的两种不同类型，cvqkd使用光的连续变量，如相位或振幅，来编码密钥比特，发送方将连续变量的光通过光纤或自由空间传输给接收方，接收方进行一系列连续变量测量。dvq
4、量子网络的物理实现是量子密钥分发的一个重要问题。一方面，构建者需要考虑量子网络的覆盖范围，另一方面，构建者还需考虑量子网络的拓扑结构，如星形，树形，网状。此外，考虑多用户量子态的制备和测量，不同的辐射源需要大量的探测器，而同一辐射源产生的辐射源会相互干扰，难以分离。另一种方案是基于成熟的点对点qkd系统构建大规模网络。
5、但是，对于基于成熟的点对点qkd系统构建大规模通信网络的方式，受限于其复杂性，该方案不能支持大量的用户的接入服务。而现有其他形式的量子网络通信系统的物理结构在实际应用中存在扩展性差，成本高的问题。
技术实现思路
1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种量子网络通信系统。
2、本说明书采用下述技术方案：
3、本说明书提供了一种量子网络通信系统，包括：量子线终端、第一分光器和多个量子网络单元；
4、第一分光器，用于在第一光信号从量子线终端发送到各量子网络单元的过程中，将第一光信号按照量子网络单元的数量进行均分得到第二光信号，并将第二光信号分别发送至各量子网络单元，还用于在光信号从各量子网络单元传回量子线终端的过程中，将各量子网络单元回传的光信号汇聚得到第三光信号，并将第三光信号回传至量子线终端；
5、量子线终端，包括激光器、第一光环形器和集成相干接收机；激光器用于在光学层中产生第一光信号，第一光环形器用于第一光信号和第三光信号的传输；集成相干接收机用于接收各量子网络单元回传并汇聚的第三光信号；
6、量子网络单元，包括相位调制器和第二光环形器；相位调制器用于对第二光信号进行量子密钥分发的调制；第二光环形器用于第二光信号和调制后的第二光信号的传输。
7、可选地，所述量子线终端还包括第二分光器、第一可变光学衰减器和第一偏振控制器；
8、激光器用于在光学层中产生连续波；
9、第二分光器，用于将激光器输出的连续波分解为一路本振光和一路光载波，将承载信号的光载波作为第一光信号传输至第一可变光学衰减器；
10、第一可变光学衰减器，用于减弱第一光信号到预设的光功率，并将减弱后的第一光信号通过第一光环形器传输至第一分光器；
11、第一偏振控制器，用于对各量子网络单元回传并汇聚的第三光信号进行偏振调节，将偏振调节后的第三光信号传输给集成相干接收机。
12、可选地，所述量子网络单元还包括：
13、第二可变光学衰减器，用于对不同用户的不同波长光信号的功率进行平衡，并将平衡后的第二光信号传输至相位调制器；
14、第二偏振控制器，用于对调制后的第二光信号进行偏振调节，并将偏振调节后的第二光信号通过光环形器回传至第一分光器。
15、可选地，所述第一光环形器和第二光环形器为三端口环形器；
16、第一光环行器通过其第一端口和第二端口将第一光信号传输至第一分光器，以及通过其第二端口和第三端口将第三光信号传输至集成相干接收机；
17、第二光环形器通过其第二端口和第三端口将第二光信号传输至相位调制器，以及通过其第一端口和第二端口将调制后的第二光信号回传至第一分光器。
18、可选地，所述第二分光器将激光器输出的连续波按照2：1的比例分解为两路，其中，将高功率的一路作为本振光，将低功率的一路作为光载波。
19、可选地，各量子网络单元在接入量子网络通信系统之前，预先进行频段注册，并在各频段之间设立隔离带，各量子网络单元的相位调制器在其对应的频段上进行量子密钥分发的调制。
20、可选地，所述本振光用于作为相干检测的相位参考，所述光载波用于承载信号。
21、本说明书采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：
22、本专利技术通过包括激光器、第一光环形器和集成相干接收机的量子线终端、分光器和包括相位调制器和第二光环形器的多个量子网络单元构成光路往返结构，使得量子态在循环中运动，可携带信息并通过多频带量子态传输和分离来支持多用户基于量子网络单元接入量子网络。本专利技术的光学结构简单，在整个往返结构中，量子线终端只通过一个激光器来产生初始的光信号，以及一个集成相干接收机来接收用户返回的光信号，当新用户接入时只需要插入一个相位调制器和一个光环行器即可形成用于新用户通信的光路往返结构，可扩展性较强，降低了成本。
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1.一种量子网络通信系统，其特征在于，包括：量子线终端、第一分光器和多个量子网络单元；
2.如权利要求1所述的量子网络通信系统，其特征在于，所述量子线终端还包括第二分光器、第一可变光学衰减器和第一偏振控制器；
3.如权利要求1所述的量子网络通信系统，其特征在于，所述量子网络单元还包括：
4.如权利要求1所述的量子网络通信系统，其特征在于，所述第一光环形器和第二光环形器为三端口环形器；
5.如权利要求2所述的量子网络通信系统，其特征在于，所述第二分光器将激光器输出的连续波按照2：1的比例分解为两路，其中，将高功率的一路作为本振光，将低功率的一路作为光载波。
6.如权利要求1所述的量子网络通信系统，其特征在于，各量子网络单元在接入量子网络通信系统之前，预先进行频段注册，并在各频段之间设立隔离带，各量子网络单元的相位调制器在其对应的频段上进行量子密钥分发的调制。
7.如权利要求2所述的量子网络通信系统，其特征在于，所述本振光用于作为相干检测的相位参考，所述光载波用于承载信号。
【技术特征摘要】
1.一种量子网络通信系统，其特征在于，包括：量子线终端、第一分光器和多个量子网络单元；
2.如权利要求1所述的量子网络通信系统，其特征在于，所述量子线终端还包括第二分光器、第一可变光学衰减器和第一偏振控制器；
3.如权利要求1所述的量子网络通信系统，其特征在于，所述量子网络单元还包括：
4.如权利要求1所述的量子网络通信系统，其特征在于，所述第一光环形器和第二光环形器为三端口环形器；
5.如权利要求2所述的量子网络通信系统，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：李启赫，李飞，李烜，胡辉，毛磊，郭迎，王一军，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：
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