CN116015477A - 一种支持波分复用和时分复用的光量子转发方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了量子组网技术领域的一种支持波分复用和时分复用的光量子转发方法及装置，该支持波分复用和时分复用的光量子转发装置包括波长动态重组模块、信道切换模块以及控制模块；控制模块分别与波长动态重组模块、信道切换模块数据控制连接；波长动态重组模块与信道切换模块光路连接。该支持波分复用和时分复用的光量子转发装置同时支持基于波分复用的量子纠缠分发组网，并可以应用于多应用场景的量子互联网络中。相比于现有光量子转发方案，该光量子转发装置能够同时支持量子纠缠分发应用和端到端的量子应用，配置更加灵活，应用场景更加广阔。

Description

一种支持波分复用和时分复用的光量子转发方法及装置

技术领域

本发明涉及量子组网技术领域，具体地，涉及一种支持波分复用和时分复用的光量子转发方法及装置。

背景技术

量子网络可以向用户提供超出经典网络的一些服务和应用，例如量子密钥分发、高精度量子时间同步、分布式量子计算和传感。近年来，7200km的星地可信中继网络、基于城域的用户全连接量子纠缠分发网络以及可配置的量子纠缠分发网络已在实验中被成功验证，现在的量子互联网络已经从可信中继网络发展至纠缠分发网络阶段。

现有的量子组网方案主要基于波分复用和时分复用技术，基于时分复用的量子组网主要由光开关进行配置，通过控制光开关选择输出量子信号的输出端口，从而实现用户接收端的切换；基于波分复用的量子组网以波分复用器或波长选择开关为核心组件，将宽频的量子光信息根据波长拆分为多个信道输出；特别地，波长选择开关在将宽频量子光进行拆分为多个信道的同时，可以配置不同的波长信道至相应的输出端口，从而同时实现波分复用和时分复用；然而，现有的波长选择开关和波分复用器件的设计多为“1口进多口出”的模式，无法同时兼容量子纠缠分发和端到端的量子通信应用，而基于光开关的量子组网方案，则无法满足组网中波分复用的需求。因此，为了能够满足量子网络中纠缠分发和端到端等多种应用的组网需求，亟需设计一种支持波分复用和时分复用的光量子转发方法与装置。

发明内容

本发明提供一种支持波分复用和时分复用的光量子转发方法及装置，解决了现有技术中基于波长选择开关和波分复用器件的设计无法同时兼容量子纠缠分发和端到端的量子通信应用，而基于光开关的量子组网方案无法满足组网中波分复用的需求等问题，能够对输入的光量子进行波分复用和时分复用的动态配置；能够同步支持端到端的量子应用组网，配置更加灵活，应用场景更加广阔。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

作为本发明的一个方面，提供了一种支持波分复用和时分复用的光量子转发装置，包括波长动态重组模块、信道切换模块以及控制模块；所述控制模块分别与所述波长动态重组模块、所述信道切换模块数据控制连接；所述波长动态重组模块与所述信道切换模块光路连接。

作为本发明上述方面的一种支持波分复用和时分复用的光量子转发装置，其中波长动态重组模块包括m+1个波分复用器D₀,D₁,L,D_m以及m个对通光开关S₁,S₂,L,S_m；其中，所述波分复用器D₀,D₁,L,D_m均有m分束信道ch₁,ch₂,L,ch_m，所述对通光开关S₁,S₂,L,S_m均包括一个输入口和m个输出口，m,k≥1。

作为本发明上述方面的一种支持波分复用和时分复用的光量子转发装置，其中波分复用器D₀的波长分束信道ch₁,ch₂,L,ch_m分别连接至所述对通光开关S₁,S₂,L,S_m的输入口；所述对通光开关S_i的m个输出口

L,

分别连接至所述波分复用器D₁,L,D_m的ch_i信道端口，i＝1,2,L,m。

作为本发明上述方面的一种支持波分复用和时分复用的光量子转发装置，其中信道切换模块由一个全通光开关S₀组成，所述全通光开关S₀包括m+k+1个端口，所述全通光开关S₀支持m+k+1端口中任意两端口之间的光路连通。

作为本发明上述方面的一种支持波分复用和时分复用的光量子转发装置，其中m+k+1个端口包括前部的m+1个端口

L,

和后部的k个端口

L,

所述前部的m+1个端口

L,

分别与波分复用器D₀,D₁,L,D_m的合束端口分别连接。

作为本发明上述方面的一种支持波分复用和时分复用的光量子转发装置，还包括对外设置的k个连接光口，所述的k个连接光口分别与所述后部的k个端口

L,

对应连接。

作为本发明上述方面的一种支持波分复用和时分复用的光量子转发装置，其中控制模块包括控制器，所述控制器分别与所述全通光开关S₀、所述对通光开关S₁,S₂,L,S_m数据控制连接。

作为本发明的另一个方面，提供了一种支持波分复用和时分复用的光量子转发方法，包括以下步骤：

S1.在波长动态重组模块中，以m+1个波分复用器D₀,D₁,L,D_m和m个对通光开关S₁,S₂,L,S_m为基本光路组件，实现波长的动态分配和波长重组；

S2.在信道切换模块中，采用全通光开关对波长动态重组模块的输出进行信道切换，并对外提供接口，实现波分复用和时分复用的同时兼容；

S3.采用控制模块接收外部控制指令，并将相应的指令解析下发至光开关进行配置，获得相应的光路配置。

作为本发明上述方面的一种支持波分复用和时分复用的光量子转发方法，其中S1包括以下具体步骤：

S11.m个对通光开关S₁,S₂,L,S_m控制波分复用器D₀的波长信道的传输路径，从而实现波长的动态分配；

S12.以波分复用器D₀,D₁,L,D_m的多波长合束实现波长重组功能。

采用上述技术方案，本发明具有以下优点：

本发明的目的在于提供一种支持波分复用和时分复用的光量子转发方法及装置，以光开关和波分复用器为基本光路组件，以每个光开关控制一个波分复用器的波长信道的传输路径，从而实现波长的动态分配，以波分复用器的多波长合束功能实现波长重组功能；采用全通光开关对波长动态重组模块的输出进行信道切换，并对外提供接口，实现波分复用和时分复用的同时兼容；采用控制模块接收外部控制指令，并将相应的指令解析下发至光开关进行配置，获得相应的光路配置，能够对输入的光量子进行波分复用和时分复用的动态配置；能够同步支持端到端的量子应用组网，例如端到端的量子直接通信、端到端的量子时间同步和端到端的量子密钥分发等；同时支持基于波分复用的量子纠缠分发组网，可以应用于多应用场景的量子互联网络中，相比于现有光量子转发方案能够同时支持量子纠缠分发应用和端到端的量子应用，本发明配置更加灵活，应用场景更广阔。

附图说明

图1为本发明支持波分复用和时分复用的光量子转发装置的光路设计图；

图2为本发明支持波分复用和时分复用的光量子转发方法的流程图。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明的技术方案进行具体描述，需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

图1示出了本发明支持波分复用和时分复用的光量子转发装置的光路设计图。

一种支持波分复用和时分复用的光量子转发装置具体如图1所示，包括以下模块：波长动态重组模块、信道切换模块以及控制模块；其中，控制模块分别与波长动态重组模块、信道切换模块数据控制连接；波长动态重组模块与信道切换模块光路连接。

其中，波长动态重组模块包括m+1个波分复用器D₀,D₁,L,D_m以及m个对通光开关S₁,S₂,L,S_m；其中，波分复用器D₀,D₁,L,D_m均有m分束信道ch₁,ch₂,L,ch_m，对通光开关S₁,S₂,L,S_m均包括一个输入口和m个输出口，m,k≥1。

另外，1个m信道分束的波分复用器D₀的波长分束信道ch₁,ch₂,L,ch_m分别连接至对通光开关S₁,S₂,L,S_m的输入口；对通光开关S_i的m个输出口

L,

分别连接至波分复用器D₁,L,D_m的ch_i信道端口，i＝1,2,L,m。

信道切换模块由1个m+k+1端口的全通光开关S₀组成，支持m+k+1端口中任意两端口之间的光路连通，其中全通光开关S₀的m+k+1个端口包括前部的m+1个端口

,L,

和后部的k个端口

,L,

全通光开关S₀的前部的m+1个端口

L,

分别与波长动态重组模块的m+1个端口(波分复用器D₀,D₀,L,D_m的合束端口)分别连接，作为信道切换模块和波长动态重组模块的内部连接方式。

此外，该支持波分复用和时分复用的光量子转发装置对外提供k个连接光口，该k个连接光口直连至全通光开关S₀的剩余k个端口

L,

共有k个输出端口，作为光量子转发装置对外接口，同时支持k个端口中任意两端口间的光路建立连接；同时支持一路宽频光的输出，并将其根据波长进行拆分至m个波长信道，且该m个波长信道的输出可以配置至k个输出端口中的任意一个端口。

控制模块由1个控制器组成，控制器分别与全通光开关S₀、对通光开关S₁,S₂,L,S_m数据控制连接，控制器可以实现接收外部指令、解析、并下发至光开关设备，例如，可以使用一台微型计算机作为控制器；

量子光输入至该支持波分复用和时分复用的光量子转发装置并进行m个波长信道的复用，波分复用支持最多m端口的输出。

图2示出了本发明支持波分复用和时分复用的光量子转发方法的流程图。

一种支持波分复用和时分复用的光量子转发方法如图2所示，包括以下具体步骤：

S1.在波长动态重组模块中，以m+1个波分复用器D₀,D₁,L,D_m和m个对通光开关S₁,S₂,L,S_m为基本光路组件，实现波长的动态分配和波长重组；

其中，S1包括以下具体步骤：

S11.m个对通光开关S₁,S₂,L,S_m控制波分复用器D₀的波长信道的传输路径，从而实现波长的动态分配；

S12.以波分复用器D₀,D₁,L,D_m的多波长合束实现波长重组功能。

本发明通过将光开关、波分复用器相结合实现m信道的波分复用功能，且任意端口均可作为波分复用合束端口，另外有m端口作为波分复用输出端口。

S2.在信道切换模块中，采用全通光开关对波长动态重组模块的输出进行信道切换，并对外提供接口，实现波分复用和时分复用的同时兼容；

S3.采用控制模块接收外部控制指令，并将相应的指令解析下发至光开关(m个对通光开关S₁,S₂,L,S_m和全通光开关S₀)进行配置，获得相应的光路配置。

本发明通过采用全通光开关S₀作为路径选择设备，并直接与m信道的波分复用设备直接相接，保证光量子转发装置可以同步实现波分复用和时分复用功能；同时，光量子转发装置部分端口可以用于波分复用端口输入和输出，另外一部分端口可以用于任意两个端口之间相连，对外提供k个接入端口，支持k端口间的任意两端口光路连接，配置更加灵活，应用场景更广阔。

最后，需要指出的是，虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作对本发明的限定，在不脱离本发明构思的前提下还可以作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (9)

1.一种支持波分复用和时分复用的光量子转发装置，其特征在于，包括波长动态重组模块、信道切换模块以及控制模块；所述控制模块分别与所述波长动态重组模块、所述信道切换模块数据控制连接；所述波长动态重组模块与所述信道切换模块光路连接。

2.根据权利要求1所述的一种支持波分复用和时分复用的光量子转发装置，其特征在于，所述波长动态重组模块包括m+1个波分复用器D₀,D₁,L,D_m以及m个对通光开关S₁,S₂,L,S_m；其中，所述波分复用器D₀,D₁,L,D_m均有m分束信道ch₁,ch₂,L,ch_m，所述对通光开关S₁,S₂,L,S_m均包括一个输入口和m个输出口，m,k≥1。

3.根据权利要求2所述的一种支持波分复用和时分复用的光量子转发装置，其特征在于，所述波分复用器D₀的波长分束信道ch₁,ch₂,L,ch_m分别连接至所述对通光开关S₁,S₂,L,S_m的输入口；所述对通光开关S_i的m个输出口

分别连接至所述波分复用器D₁,L,D_m的ch_i信道端口，i＝1,2,L,m。

4.根据权利要求3所述的一种支持波分复用和时分复用的光量子转发装置，其特征在于，所述信道切换模块由一个全通光开关S₀组成，所述全通光开关S₀包括m+k+1个端口，所述全通光开关S₀支持m+k+1端口中任意两端口之间的光路连通。

5.根据权利要求4所述的一种支持波分复用和时分复用的光量子转发装置，其特征在于，所述m+k+1个端口包括前部的m+1个端口

和后部的k个端口

所述前部的m+1个端口

分别与波分复用器D₀,D₁,L,D_m的合束端口连接。

6.根据权利要求5所述的一种支持波分复用和时分复用的光量子转发装置，其特征在于，还包括对外设置的k个连接光口，所述的k个连接光口分别与所述后部的k个端口

对应连接。

7.根据权利要求6所述的一种支持波分复用和时分复用的光量子转发装置，其特征在于，所述控制模块包括控制器，所述控制器分别与所述全通光开关S₀、所述对通光开关S₁,S₂,L,S_m数据控制连接。

8.一种支持波分复用和时分复用的光量子转发方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.在波长动态重组模块中，以m+1个波分复用器D₀,D₁,L,D_m和m个对通光开关S₁,S₂,L,S_m为基本光路组件，实现波长的动态分配和波长重组；

S2.在信道切换模块中，采用全通光开关对波长动态重组模块的输出进行信道切换，并对外提供接口，实现波分复用和时分复用的同时兼容；

S3.采用控制模块接收外部控制指令，并将相应的指令解析下发至光开关进行配置，获得相应的光路配置。

9.根据权利要求8所述的一种支持波分复用和时分复用的光量子转发方法，其特征在于，所述S1包括以下步骤：

S11.m个对通光开关S₁,S₂,L,S_m控制波分复用器D₀的波长信道的传输路径，从而实现波长的动态分配；

S12.以波分复用器D₀,D₁,L,D_m的多波长合束实现波长重组功能。

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