CN220421832U - 一种适用量子经典融合网络的qkd系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种适用量子经典融合网络的QKD系统，包括N个发送端Alice、密集波分复用器、密集波分解复用器、波长选择开关和N个接收端Bob；所述N个发送端Alice分别和密集波分复用器连接；所述密集波分复用器和密集波分解复用器、波长选择开关依次连接，所述波长选择开关分别与N个所述接收端Bob分别连接。本实用新型多个发送端，可解决仅采用一个ALICE发送端较单一的问题，避免出现网络的瘫痪导致无法正常工作的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及量子信息与光通信技术领域，具体涉及一种量子经典融合的通QKD系统。
背景技术
量子密钥分发是利用量子力学特性来保证通信安全性。它能够使通信双方产生并分享一个随机且安全的密钥。量子密钥分发是利用量子效应实现具有高度安全性的量子密码技术，是量子力学和经典密码学相结合的一门新兴科学，是目前国际量子物理和信息科学的研究热点。
量子经典融合通信网络是量子密钥分发应用的趋势。自1984年，Bennett andBrassard发表第一篇关于QKD的论文以来，全世界的研究者们不断改进、完善QKD的实验技术，经过几十年的技术发展，QKD链路由最初的点对点链接到如今的多点至多点，形成网络化。传输距离由最初的几米到如今的几百公里，以及密钥率从比特提升到兆水平无疑不体现了QKD技术的迅猛发展。
为了避免经典强光信号对单光子水平的量子信号产生干扰，往往把量子信号和经典信号在不同的光纤中传输。这种方式虽然有效的避免了经典光对量子光的干扰，但铺设光纤链路所需的成本大大增加。所以，在光纤通信中，密集波分复用(DWDM，DenseWavelength Division Multiplexing)：即能够在同一光纤上传输多个光信号，成为同时传输量子信号和经典数据信号的有吸引力的技术之一。
国内外的研究表明密集波分复用技术可解决量子信号与经典信号无法共存的问题。进一步的对多个发送端和接收端的量子密钥分发提供了技术支持。随着QKD技术的发展，QKD的网络化问题也随之得到越来越多的研究人员的关注。一个较完善、密钥安全性及密钥生成率较高的量子与经典融合通信的网络系统需大规模应用。
现有技术方案中将DPS结合波分复用实现一对多的量子密钥分发，使得增加Bob用户不会增大插入损耗和减小密钥生成率；系统采用的结构简单、操作方便、传输稳定、成码率高。但在该系统中，仅采用一个ALICE端作为发送端比较单一，密钥生成率较低；一旦ALICE端发生故障，那么整个系统便会瘫痪。
因此，有待对现有技术的不足进行改进，提出一种适用量子经典融合网络的QKD系统。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了克服已有技术的缺陷，为了解决密钥的安全性和光子利用率，提出了一种适用量子经典融合网络的QKD系统。
本实用新型通过下述技术方案实现的：
一种适用量子经典融合网络的QKD系统，包括N个发送端Alice、密集波分复用器、密集波分解复用器、波长选择开关和N个接收端Bob；
所述N个发送端Alice分别和密集波分复用器连接；所述密集波分复用器和密集波分解复用器、波长选择开关依次连接，所述波长选择开关分别与N个所述接收端Bob分别连接。
优选地，N个所述发送端Alice均包括依次连接的激光器、相位调制器、强度调制器、可变光衰减器。
优选地，N个所述接收端Bob均分别包括隔离器、分束器、合束器、第一探测器和第二探测器；
所述隔离器和分束器、合束器依次连接，所述合束器分别与第一探测器和第二探测连接。
优选地，所述激光器产生多波长激光进入相位调制器，所述相位调制器对所述波长激光进行相位调制后输出相位为0或π的连续激光进入强度调制器，所述强度调制器将连相位为0或π的连续激光调制为时间间隔为T的脉冲激光，所述脉冲激光进入衰减器衰减后输入到密集波分复用器。
优选地，所述时间间隔为T的脉冲激光进入密集波分复用器复用后通过同一根光纤传输并输入到密集波分解复用器，密集波分解复用器对所述脉冲激光进行解复用后输入到波长选择开关中根据波长寻址方式分别选择对应的接收端Bob输入脉冲激光并进行探测和响应。
优选地，所述脉冲激光进入任意一个接收端Bob后，首先通过光隔离器进行滤除噪声的干扰后输入分束器进行分束得到第一路信号和第二路信号两路信号；所述第一路信号通过上臂光纤进入合束器，所述第二路信号通过下臂光纤进入合束器；
所述第一路信号和第二路信号在合束器中发生干涉后输出合束信号进入第一探测器或者第二探测器进行探测和响应；接收端Bob记录并公布第一探测器或者第二探测器的响应情况后得到原始密钥；所述原始密钥进入密钥后处理模块后经过后处理得到最终密钥。
优选地，所述后处理中的误码率检测的成功率设为QBER，计算公式为：
QBER＝Nerr/Nsift；
其中，Nerr为码值错误的个数，Nsift为筛选后的总个数；
当QBER>11％时，则判断发送端Alice和接收端的通信可能被窃听，需要舍弃本次通信并重新建立通信连接。
本实用新型的有益效果为：
本实用新型采用多个发送端，解决了仅采用一个ALICE发送端较单一的问题，避免出现网络的瘫痪导致无法正常工作的问题。
附图说明
图1为本实用新型的QKD系统原理图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本实用新型进行进一步详细说明，但本实用新型要求保护的范围并不局限于下述具体实施例。
如图1所示，一种适用量子经典融合网络的QKD系统，包括N个发送端Alice、密集波分复用器、密集波分解复用器、波长选择开关和N个接收端Bob；所述QKD系统采用DPS协议进行量子密钥分发，调制解调量子信号生成原始密钥并进行后处理操作，得到满足误码率要求的最终密钥。
所述N个发送端Alice分别和密集波分复用器连接；所述密集波分复用器和密集波分解复用器、波长选择开关依次连接，所述波长选择开关分别与N个所述接收端Bob分别连接。
具体地，N个所述发送端Alice均包括依次连接的激光器、相位调制器、强度调制器、可变光衰减器；其中激光器为多波长连续激光器。
N个所述接收端Bob均分别包括隔离器、分束器、合束器、第一探测器和第二探测器；其中，所述隔离器和分束器、合束器依次连接，所述合束器分别与第一探测器和第二探测连接。
所述QKD系统用于产生原始密钥并发送到密钥后处理模块；
本实施例工作原理和过程如下：
QKD系统中的发送端Alice中的激光器产生多波长激光进入相位调制器，所述相位调制器对所述多波长激光进行相位调制后输出相位为0或π的连续激光进入强度调制器，所述强度调制器将相位为0或π的连续激光调制为时间间隔为T的脉冲激光，所述脉冲激光进入可变衰减器衰减为平均光子数小于1的脉冲激光后输入到密集波分复用器。
可变光衰减器可用于降低数据信号发送端的发送功率，进而减少数据信号功率过高引起的功率泄露和相邻信道的串扰。
所述时间间隔为T的脉冲激光进入密集波分复用器复用后通过同一根光纤传输并输入到密集波分解复用器，密集波分解复用器对所述脉冲激光进行解复用后输入到波长选择开关中根据波长寻址方式输入到对应的接收端Bob输入脉冲激光并进行探测和响应。具体地，波长选择开关根据发送过来的脉冲波长为波长λ1、λ2、λ3···λN分配至Bob1、Bob2、Bob3···BobN。
所述脉冲激光进入任意一个接收端Bob后，首先通过光隔离器进行滤除噪声处理，滤除噪音后输入到分束器进行分束得到第一路信号和第二路信号两路信号；所述第一路信号通过上臂光纤进入合束器，所述第二路信号通过下臂光纤直接进入合束器，上述上臂光纤的长度比下臂光纤长，因此会产生一定的时延；
所述第一路信号和第二路信号在合束器中发生干涉后输出合束信号进入第一探测器或者第二探测器进行探测和响应；当两路信号的相位差为0时，所述第一探测器响应，此时记录测量结果为0；当两路信号的相位差为π时，所述第二探测器响应，此时记录测量结果为1；
接收端Bob记录并公布第一探测器或者第二探测器的响应情况后得到原始密钥；所述原始密钥进入密钥后处理模块后经过后处理得到最终密钥。其中，所述后处理中的误码率检测的成功率设为QBER，计算公式为：
QBER＝Nerr/Nsift；
其中，Nerr为码值错误的个数，Nsift为筛选后的总个数；
当QBER>11％时，则判断发送端Alice和接收端的通信可能被窃听，需要舍弃本次通信并重新建立通信连接。
本实用新型采用多个发送端，可解决仅采用一个ALICE发送端较单一的问题，避免出现网络的瘫痪导致无法正常工作的问题。
根据上述说明书的揭示和教导，本实用新型所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对实用新型的一些修改和变更也应当落入本实用新型的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对实用新型构成任何限制。
Claims (6)
1.一种适用量子经典融合网络的QKD系统，其特征在于，包括N个发送端Alice、密集波分复用器、密集波分解复用器、波长选择开关和N个接收端Bob；
所述N个发送端Alice分别和密集波分复用器连接；所述密集波分复用器和密集波分解复用器、波长选择开关依次连接，所述波长选择开关分别与N个所述接收端Bob分别连接。
2.如权利要求1所述的一种适用量子经典融合网络的QKD系统，其特征在于，N个所述发送端Alice均包括依次连接的激光器、相位调制器、强度调制器、可变光衰减器。
3.如权利要求1所述的一种适用量子经典融合网络的QKD系统，其特征在于，N个所述接收端Bob均分别包括隔离器、分束器、合束器、第一探测器和第二探测器；
所述隔离器和分束器、合束器依次连接，所述合束器分别与第一探测器和第二探测连接。
4.如权利要求2所述的一种适用量子经典融合网络的QKD系统，其特征在于，所述激光器产生多波长激光进入相位调制器，所述相位调制器对所述波长激光进行相位调制后输出相位为0或π的连续激光进入强度调制器，所述强度调制器将连相位为0或π的连续激光调制为时间间隔为T的脉冲激光，所述脉冲激光进入衰减器衰减后输入到密集波分复用器。
5.如权利要求4所述的一种适用量子经典融合网络的QKD系统，其特征在于，所述时间间隔为T的脉冲激光进入密集波分复用器复用后通过同一根光纤传输并输入到密集波分解复用器，密集波分解复用器对所述脉冲激光进行解复用后输入到波长选择开关中根据波长寻址方式分别选择对应的接收端Bob输入脉冲激光并进行探测和响应。
6.如权利要求5所述的一种适用量子经典融合网络的QKD系统，其特征在于，所述脉冲激光进入任意一个接收端Bob后，首先通过光隔离器进行滤除噪声的干扰后输入分束器进行分束得到第一路信号和第二路信号两路信号；所述第一路信号通过上臂光纤进入合束器，所述第二路信号通过下臂光纤进入合束器；
所述第一路信号和第二路信号在合束器中发生干涉后输出合束信号进入第一探测器或者第二探测器进行探测和响应；接收端Bob记录并公布第一探测器或者第二探测器的响应情况后得到原始密钥。
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