KR20080045220A

KR20080045220A - 파장 라우팅을 이용한 멀티유저 ｗｄｍ 네트워크를 통한양자 키 분배 방법 및 시스템

Info

Publication number: KR20080045220A
Application number: KR1020087006610A
Authority: KR
Inventors: 유휴이 루오; 캄 타이 찬
Original assignee: 더 차이니즈 유니버시티 오브 홍콩
Priority date: 2005-09-19
Filing date: 2006-07-24
Publication date: 2008-05-22
Also published as: JP2009509366A; HK1117967A1; WO2007033560A1; US20070065154A1; KR101031978B1; CN101208890A; CN101208890B; EP1927208A1; EP1927208A4; EP1927208B1; US7826749B2

Abstract

멀티유저 파장 분할 다중화(WDM) 네트워크에서의 양자 키 분배 시스템 및 방법이 개시된다. 이러한 시스템은 동조가능하거나 다파장 송신기, 각기 수신 파장이 할당된 복수의 수신기, 송신기를 수신기에 연결하는 멀티유저 WDM 네트워크를 포함한다. 송신기는 수신기 중에서 통신되어야 할 수신기를 선택하고, 양자 신호를 WDM 네트워크를 통해서 선택된 수신기에 송신할 수 있다. 양자 신호는 수신기의 수신 파장과 동일한 파장이다. 따라서, WDM 네트워크는 양자 신호가 송신기와 수신기 사이에서 파장 라우팅에 의해서 통신될 수 있도록 한다.

파장 분할 다중화, 양자 키 분배, 멀티유저 WDM 네트워크, 양자 신호, 파장 라우팅

Description

파장 라우팅을 이용한 멀티유저 ＷＤＭ 네트워크를 통한 양자 키 분배 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR QUANTUM KEY DISTRIBUTION OVER MULTI-USER WDM NETWORK WITH WAVELENGTH ROUTING}

본 발명은 암호화된 데이터를 통신하는 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 파장 라우팅을 이용한 멀티유저 파장 분할 다중화(wqvelength division multiplexing, WDM) 네트워크를 통한 양자 키 분배(quantum key distribution)로 알려진 기술에 관한 것이다.

양자 암호화는 양자 이론의 법칙에 의해서 궁극적인 보안을 제공할 수 있기 때문에 통상적인 암호화를 향상시킬 자연적인 후보로 간주된다. 이 분야의 대부분의 연구는 두 유저 사이의 점대점 송신에 중심을 두고 있다. 현재, 양자 암호화는 광섬유 및 자유 공간에서의 점대점 링크에서 성공적이었다. 그러나, 현재까지 네트워크를 통한 양자 키 분배에 있어서는 성과가 제한되었다. 점대점 전송보다 네트워크를 통한 양자 키 분배에 더 많은 문제점이 존재하였다. 사실, 네트워크를 통해서 양자 키를 분배하는 것은 어려운 문제로 간주되어 왔다.

도 1은 송신기 및 수신기에서 BB84 프로토콜에 기초하여 약한 펄스 스트링의 4개의 위상 시프트(phase shift)를 이용하는 성형 네트워크(star network)에서의 양자 키 분배의 통상적인 구성을 도시한다. 이러한 설정에서, 송신기(Tx) 및 수신기(Rx1-Rx3)는 위상 변조기를 이용하여 위상 시프트를 인코딩 및 디코딩하며, 송신기는 (예를 들면, 0, π/2, π 및 3π/2와 같은)4개의 위상으로부터 랜덤하게 선택된 위상 시프트를 가지는 3 광량자 펄스(3-photon pulse)를 광섬유(fiber)에 론칭(launching)한다. 그 후에, 펄스는 3개의 수신기 중에 동일하게 분할된다. 측정을 위하여, 각각의 수신기는 전송된 펄스와의 동기화가 필요하다. 부가적으로, 도시된 네트워크 내의 모든 유저가 의도된 수신자가 아닐지라도 송신기로부터 신호를 동시에 수신할 수 있기 때문에 설정은 어느 유저가 신호를 수신하여야 하는지를 식별할 수 없다. 즉, 이러한 시스템은 양자 키 분배를 구현하기 위하여 두 특정 유저 사이에서만의 링크를 확립할 수 없다.

<발명의 개요>

전반적으로, 본 발명은 송신기가 상이한 수신기 각각에 대하여 상이한 파장에서의 상이한 비밀 키를 이용함으로써 통상적인 광 통신 네트워크를 통해서 복수의 수신기와 통신할 수 있는 양자 키 분배를 위한 통신 시스템을 제공한다.

본 발명은 비교적 단순한 구조 및 높은 통신 효율을 가지는 양자 키 분배를 위한 통신 시스템 또한 제공한다.

본 발명은 1) 각각의 수신기에 상이한 수신 파장을 각각 할당하는 단계와, 2) 수신기 중에서 송신기와 통신할 수신기를 선택하는 단계와, 3) WDM 네트워크를 통해서 송신기에서 선택된 수신기로 양자 키 신호를 송신하는 단계를 포함하고, 양자 키 신호는 수신기의 수신 파장과 동일한, 파장 라우팅을 이용하는 멀티유저 파 장 분할 다중화(WDM) 네트워크를 통한 송신기와 복수의 수신기 사이의 양자 키 분배 방법을 제공한다.

본 발명은 송신기와, 각각 상이한 수신 파장을 가지는 복수의 수신기와, 송신기를 수신기에 연결하는 멀티유저 WDM 네트워크를 포함하며, 송신기는 수신기 중에서 통신할 수신기를 선택하고, WDM 네트워크를 통해서 선택된 수신기에 양자 신호를 송신하는, 양자 키 분배를 위한 통신 시스템을 더 제공한다. 송신된 양자 신호는 수신기의 수신 파장과 동일하다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 파장 라우팅 기술이 이용되어 복수의 수신기를 위한 양자 키 분배를 구현한다. 파장 라우팅은 AWG(array waveguide grating) 형태일 수 있는 파장 분할 역다중화기에 의해서 구현될 수 있다. 또한, 시스템은 광 섬유 네트워크에 적합한 전광섬유(all-fiber)를 사용할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 연속파 광(continuous wave light)이 시스템에서 이용되어 시스템의 보안을 향상시킬 수 있다. 또한, 시스템 내의 온도 시프트 및 위상 시프트 영향을 극복하기 위하여 본 발명에서 차분 위상 검출 또한 이용되며, 이것은 시스템을 간단하고 안정적으로 할 수 있다. 또한, 본 발명은, 예를 들면 위상 시프트 0 및 π와 같은 2개의 비직교 상태와 같은 약한 코히어런트(coherent) 상태의 랜덤하게 위상 변조된 광을 이용하여, 시스템의 통신 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래 기술의 성형 네트워크를 통산 양자 키 분배의 원리를 도시하는 개략도.

도 2는 본 발명에 따른, 멀티유저 WDM 네트워크를 통해서 양자 키 분배를 위한 통신 시스템에서 이용되는 파장 라우팅 기술의 원리를 도시하는 개략도.

도 3은 송신기와 수신기 사이의 채널 구조를 도시하는 본 발명에 따른 통신 시스템의 개략도.

도 4는 본 발명에 따른 8 유저 WDM 네트워크를 통한 송신기와 8 개의 상이한 수신기 사이의 통신의 키 레이트(key rate)와 누화(crosstalk)의 실험적 결과를 도시하는 도면.

본 발명은 도면을 참조하여 상세하게 설명될 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 멀티유저 WDM 네트워크를 통한 양자 키 분배를 위한 통신 시스템의 일 예를 도시한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 통신 시스템은, 송신기(100)와, 각각 상이한 수신 파장이 할당되는(예를 들면, λ1-λn, n=8) 복수의 수신기(200)(본 실시예에서는 8 수신기)와, 송신기(100)를 수신기(200)에 연결하는 8 유저 WDM 네트워크를 포함한다.

파장 라우팅 기술은 본 발명에서 특정 유저 간에 양자 키 분배를 구현하는 데에 이용된다. 이러한 실시예에서, 파장 라우팅은 AWG(array waveguide grating)와 같은 파장 분할 역다중화기(400)에 의해서 구현될 수 있다. 따라서, 송신기(100)는 송신기(100)가 모든 수신기에 신호를 전송할 필요가 없도록, 각각의 수신기와의 채널(예를 들면, 채널 1 내지 채널 n)을 확립하기 위하여 파장을 선택할 수 있다. 예를 들면, 수신 파장 λ1을 가지는 수신기(210)가 송신기(100)와 통신하도록 선택되는 경우에, 송신기는 λ1의 파장을 가지는 양자 신호를 송신할 것이다. 이 신호는 광섬유(300)를 통과한 후에, AWG(400)에 도달하여, 양자 신호를 수신기(210)에만 라우팅할 수 있다. 이러한 방식으로, 송신기(100)는 단지 하나의 선택된 수신기와 양자 신호를 통신할 수 있다. 수신기 파장을 동조하거나, 다파장 송신기의 적절한 파장을 선택함으로써, 하나의 단일 송신기가 WDM 기술을 이용하여 각각의 수신기(200)에 양자 신호를 송신할 수 있다. 본 실시예에서 수신기 각각에 할당될 수 있는 수신 파장은 표 1에 열거된 것과 같다.

수신기	수신 파장 FWHM(nm)	이용된 게이트의 퍼센트	도달 카운트 (s^-1)
1	1549.32(0.018)	8-9%	558.305
2	1551.12(0.016)	7-8%	477.7992
3	1552.4(0.017)	4-5%	316.36
4	1554.145(0.017)	6-7%	422.407
5	1555.689(0.017)	4-5%	303.2212
6	1557.375(0.017)	3-4%	245.2329
7	1558.996(0.018)	4-5%	332.095
8	1560.615(0.016)	2-3%	207.4174

이제, 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따라 멀티유저 WDM 네트워크를 통해서 송신기와 의도된(선택된) 수신기 사이에 양자 신호를 송신하기 위한 구성이 기술된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 수신기(210)가 송신기(100)와 통신하도록 선택되는 경우에, 송신기(100)에서의 동조가능 레이저(101)는 수신기(210)의 수신 파장에 대응하는 파장의 연속파(CW) 광을 위상 변조기(102)에 방사한다. 랜덤 데이터 신호 발생기(104)에 의해서 생성되는 0 또는 π의 랜덤 위상 시프트가 CW 광에 부가된다. 그 후에, 랜덤 위상 시프트된 CW 광은 가변 광 감쇠기(103)의 출구에서 측정된 게이트 기간 내의 평균 광량자가 1보다 작아지도록 단일 광량자로 감쇠되며, 그 출력은 8.5KM의 표준 단일 모드 광섬유(300)에 결합된다. 그 후에, 감쇠된 광 신호는 AWG(400)에 보내어져서, 어느 유저가 파장 라우팅을 통해서 선택되었는지를 결정한다. AWG(400)는 각각 다른 중심 파장 및 각각의 수신기의 수신 파장에 대응하는 대역폭을 가지는 복수의 출력 포트(401-40n)를 제공한다. 그 후에, AWG(400)를 통해서, 감쇠된 신호는 수신 파장에 대응하는 선택된 수신기(210)에 도달한다.

수신기(210)는 송신기(100)에 의해서 도입되는 위상 시프트를 재현하기 위하여 비대칭 마하젠더 간섭계(Mach-Zehnder interferometer, 218)를 제공한다. 바람직하게, 비대칭 마하젠더 간섭계(218)는 제1 50/50 빔 스플리터(beam splitter, 211), 롱 암(long arm, 212), 숏 암(short arm, 213), 제2 50/50 빔 스플리터(214)를 포함한다. 빔 스플리터(211)는 유입 신호를 각각 롱 암(212) 및 숏 암(213)으로 진입하는 두 부분으로 분할하는 데에 이용된다. 두 스플릿(split) 광 신호는 빔 스플리터(214)에 의해서 재결합되며, 이때 두 암(212, 213) 사이의 시간차는 위상 변조 주기의 시간 간격과 동일하게 설정된다. 즉, 송신기(100)의 랜덤 데이터 신호 발생기(104)는 광을 변조하는 위상 변조기(102)를 두 암을 통과하는 동안 광에 의해서 겪게 되는 시간차와 동일한 위상 변조 주기의 시간 간격과 동기화시킬 수 있다. 마하젠더 간섭계(218)에 의해서, 두 암의 광량자 사이의 간섭이 발생한다. 수신기(210)는 각각 빔 스플리터(214)의 두 출력에 접속되는 2개의 단일 광량자 검출기(215, 216)를 포함하는 단일 광량자 검출 모듈(219)에 의해서 보강 간섭된 신호에 의해 생성되는 단일 광량자를 검출할 수 있다. 검출기 모듈은 2.5ns 및 100KHz로 게이팅된 모드에서 작동한다. 데이터는 데이터 캡쳐(capture) 소프트웨어를 통해서 컴퓨터에 저장된다. 또한, 검출기에서 광량자가 검출되는 타임 슬롯을 측정하기 위한 타임 슬롯 측정 디바이스(217)가 단일 광량자 검출 모듈(219)에 제공될 수 있다.

로우(raw) 키 송신 이후에, 수신기(210)는 송신기(100)에 측정된 타임 슬롯을 알린다. 이러한 메시지 및 광량자의 변조 상태로부터, 송신기는 수신기 내의 어떤 검출기가 클릭(click)하였는지를 안다. 검출기(215)에 의한 클릭은 "0"을 나타내고, 검출기(216)에 의한 클릭은 "1"을 나타낸다고 약속하면, 예를 들면 송신기(100) 및 수신기(210)는 동일한 양자 키를 획득할 것이다.

이러한 방식으로, 송신기(100)는 송신기(100)가 신호를 다른 수신기에 전송할 필요가 없도록 수신기(210)와의 채널인 채널 1을 확립하기 위하여 파장을 선택할 수 있다.

또한, 수신 파장이 상이하다는 점을 제외하고는 다른 모든 수신기가 수신기(210)와 동일한 구성을 가지기 때문에, 송신기(100)는 전술한 것과 유사한 방식으로 단일 수신기 중 어느 것과 통신할 수 있다.

단일 광량자 검출기 모듈(219)의 효율은 10% 이상이며, 따라서, 측정된 타임 슬롯에서 단일 광량자를 보장하기 위하여 카운트 레이트(count rate)는 10KHz 보다 작아야 한다. 보다 나은 성능을 얻기 위하여, 본 발명의 레이저는 협대역 레이저 소스로서, 레이저로부터 방사된 광은 AWG의 (출력 포트 401 내지 40n)각각의 출력 포트의 대역폭보다 좁은 대역폭을 가진다. 본 발명의 실시예에 따르면, 레이저(101)는 1,475nm 에서 1,600nm로 동조될 수 있다. 이 실시예에서 이용되는 수신 파장은 표 1에 열거되어 있다. 마지막으로, 단일 광량자 신호가 각각의 채널에서 측정되었으며, 다른 채널에 기인하는 누화(crosstalk) 또한 검출되었다. 본 실험의 카운트 레이트는 1×10⁴ 카운트/s이며, 이것은 송신기에서 측정된 슬롯에서의 0.1 카운트보다 작은 것에 해당하며, 변조 타임 슬롯에서 단일 광량자를 보장한다. 약 12dB의 전송 손실 이후에, 수신기에 도달하는 단일 광량자는 약 6%이다. 수신기(200)에서 사용된 게이트의 퍼센트는 표 1에 도시되어 있으며, 송신기(100)로부터 수신기(200)에 도달하는 단일 광량자의 카운트 레이트 또한 표 1에 나타나 있다. 8 유저 네트워크에서의 각각의 채널의 에러 레이트가 표 2에 열거되어 있다.

채널	1	2	3	4	5	6	7	8
에러 레이트(%)	1.93	2.15	2.75	3.19	2.76	2.73	2.24	6.26

이러한 시스템은 광섬유 네트워크에 적합한 전광섬유(all-fiber) 접속을 이용할 수 있다. 시스템의 양자 키 신호는 두 연속하는 위상 사이의 위상차에 의해서 전달된다.

차분 위상 검출을 채택하는 장점은 시스템 내의 온도 시프트 및 위상 시프트의 영향을 극복하고, 또한 시스템을 단순하게 한다는 점이다. 다른 장점은 높은 통신 효율이다. 이전의 체계에서, 수신기에서 검출이 행해지는 때에는 적어도 2개의 측정 기준이 필요하였다. 원칙적으로, 정확한 결과는 단지 50%에 불과하였다. 따라서, 3dB 손실을 발생시킬 것이다. 즉, BB84 프로토콜이 이용된 것과 같다. 그러나, 본 시스템에서는 모든 측정 결과를 이용할 수 있다.

본 발명의 시스템에서는 연속파 광이 이용되어 시스템의 보안을 향상시킬 수 있다 펄스 광과 비교할 때에, 도청자(eavesdropper) Eve는 위상 변조의 주기를 측정할 수 없다. 따라서, Eve는 간섭계의 상세한 정보를 알 수 없다. 사실, 단일 펄스는 도청자에게 보다 많은 정보(양자 키를 형성하는 데에 매우 중요한 간섭 구조 파라미터)를 누설하도록 할 것이다. 연속광이 채택되는 경우에는, 도청자는 간섭계의 두 암 사이의 차이를 알 수 없으며, 이것은 본 시스템의 보안성을 더 향상시킨다.

다른 자동화된 보상 체계와 비교할 때에, 현재 구조에서는 (간섭을 일으킬 수 있는)반환되는 신호가 없기 때문에 본 발명에 따른 구조는 보다 작은 잡음을 가진다. 이 또한 다른 장점이다.

도 4는 약 2kb/s에서 5kb/s 이상으로 변하는 8 채널에 대한 실험적인 키 레이트를 도시하며, 이것은 검은색 다이아몬드로 표시되어 있다. 도 4의 다른 점들은 참조된 채널에 의해서 야기되는 누화를 도시한다. 채널 1에 의해서 야기되는 누화가 가장 큰데, 이것은 가장 높은 광량자 레이트에 기인한다. 보안을 위하여, 광섬유 전송 손실, 컴포넌트 삽입 손실, 파장 라우팅으로부터의 손실 및 불완전한 정렬에 의해서 야기되는 몇몇 손실을 포함하는 시스템의 손실에 대한 상한이 존재한다. 약 12dB의 전체 손실은 0.1의 비트당 평균 광량자 수에 대한 31dB의 보안 상한보다 훨씬 적다. 누화는 파장 역다중화 디바이스인 AWG 및 레이저 소스에 의해서 주로 야기된다. 도 4로부터, 누화에 의해서 야기되는 카운트 레이트 및 다크(dark) 카운트가 단일 광량자 신호 카운트와 비교할 때에 매우 작기 때문에, 본 구조에서의 양자 키 분배가 적합하다는 것이 명백하다.

따라서, 파장 라우팅을 이용하는 멀티유저 네트워크에서의 양자 키 분배는 실험적으로 획득되며, 이것은 트리 네트워크의 브로드캐스팅 문제를 극복한다. 또한, 연속파 광에 차분 위상 변조가 이용되어, 시스템 내의 온도 및 분극 변동에 의해서 야기되는 변화를 제거한다. 또한, 본 명세서에 기재된 단일 구성을 이용한 보다 높은 키 생성 효율은 실제 적용에 적합하다.

비록 설명의 편의를 위하여 단지 8개의 수신기만이 실시예에서 기술되었지만, 실제 네트워크에서는 더 적거나 더 많은 수의 수신기들이 이용될 수 있음이 본 기술분야의 당업자에게는 명백할 것이다. 선택되는 수는 이용 분야에 따라서 변할 수 있을 것이다.

본 발명은 첨부된 청구의 범위에 의해서 규정되며, 개요에 기술된 설명 또는/및 바람직한 실시예의 상세한 설명에 의해서 제한되어서는 안됨을 이해하여야 한다.

Claims

멀티유저 WDM 네트워크를 통한 송신기와 복수의 수신기 사이의 양자 키 분배(quantum key distribution) 방법으로서,

상기 수신기들 각각에 상이한 수신 파장을 각각 할당하는 단계와,

상기 수신기들로부터 상기 송신기와 통신할 수신기를 선택하는 단계와,

상기 WDM 네트워크를 통해서 상기 송신기에서 상기 선택된 수신기로 양자 신호를 송신하는 단계를 포함하고,

상기 송신된 양자 신호는 파장이 상기 수신기의 상기 수신 파장과 동일한 방법.
제1항에 있어서,

상기 WDM 네트워크를 통해서 상기 송신기에서 상기 선택된 수신기로 양자 신호를 송신하는 상기 단계는,

상기 송신기의 소스로부터 광을 방사하는 단계와,

위상 변조 주기에 상기 광을 두 개의 비직교 상태로 랜덤하게 위상 변조하는 단계와,

타임 슬롯 내에서 1보다 작은 광의 평균 광량자 수가 단일 광량자 검출기에 의해서 검출되도록 상기 위상 변조된 광을 감쇠시키는 단계와,

상기 감쇠된 광을 광섬유를 통해서 송신하는 단계와,

복수의 출력 포트를 가지며, 각각 별개의 중심 파장 및 상기 수신기 각각의 수신 파장에 대응하는 대역폭을 가지는 파장 분할 역다중화기를 이용하여 상기 감쇠된 광을 상기 선택된 수신기에 라우팅하는 단계와,

상기 선택된 수신기에 의해서 수신되는 광을 롱 암(long arm) 및 숏 암(short arm)을 포함하는 2개의 암에 의해서 두 부분으로 분할하는 단계- 광이 상기 롱 암과 상기 숏 암 사이를 이동하는 시간차는 상기 위상 변조 주기의 시간 간격과 동일함 -와,

상기 두 암을 통과한 이후에 상기 광의 상기 두 부분을 결합하여 간섭이 발생하도록 하는 단계와,

보강 간섭이 발생하는 때에 두 검출기에 의해서 광량자를 검출하는 단계와,

상기 검출기 중 어느 것이 상기 광량자를 검출하였는지를 결정함으로써 상기 수신기에서 양자 키를 확립하는 단계를 포함하는 방법.
제2항에 있어서,

상기 소스로부터 방사된 상기 광은 연속파 광인 방법.
제2항에 있어서,

상기 파장 분할 역다중화기는 AWG(array waveguide grating)인 방법.
제2항에 있어서,

상기 소스는 협대역 레이저 소스이며, 상기 소스로부터 방사된 광이 상기 파장 분할 역다중화기의 출력 포트 각각의 대역폭보다 좁은 대역폭을 갖도록 하는 방법.
제2항에 있어서,

상기 수신기에서 광량자가 검출되는 타임 슬롯을 측정하는 단계와,

상기 수신기에서 상기 송신기로 타임 슬롯 메시지를 송신하는 단계와,

상기 송신기에서 상기 타임 슬롯 메시지를 분석하여 상기 양자 키를 결정하는 단계를 더 포함하는 방법.
양자 키 분배를 위한 통신 시스템으로서,

송신기와,

각각 수신 파장이 할당된 복수의 수신기와,

상기 송신기를 상기 수신기들에 연결하는 멀티유저 WDM 네트워크를 포함하고,

상기 송신기는 상기 수신기들로부터 통신될 수신기를 선택하고 상기 WDM 네트워트를 통해서 상기 선택된 수신기에 양자 신호를 송신하며,

상기 양자 신호는 파장이 상기 선택된 수신기의 수신 파장과 동일한 통신 시스템.
제7항에 있어서,

상기 송신기는,

광을 방사하기 위한 소스와,

위상 변조 주기 내에서 상기 광을 랜덤하게 위상 변조하는 위상 변조기와,

타임 슬롯 내에서 1보다 작은 평균 광량자 수가 단일 광량자 검출기에 의해서 검출되도록 상기 변조된 광을 감쇠시키는 가변 광 감쇠기

를 포함하는 통신 시스템.
제8항에 있어서,

상기 소스는 1,475nm 내지 1,600nm의 범위의 동조가능 레이저인 통신 시스템.
제8항에 있어서,

상기 소스로부터 방사된 광은 연속파 광인 통신 시스템.
제8항에 있어서,

상기 광은 두 개의 비직교(non-orthogonal) 상태로 위상 변조되는 통신 시스템.
제8항에 있어서,

상기 WDM 네트워크는,

광섬유와,

상기 감쇠된 광을 상기 선택된 수신기에 라우팅하기 위한 파장 분할 역다중화기를 포함하고,

상기 파장 분할 역다중화기는 각각 별개의 중심 파장 및 상기 수신기 각각의 수신 파장에 대응하는 대역폭을 가지는 복수의 출력 포트를 가지는 통신 시스템.
제12항에 있어서,

상기 파장 분할 역다중화기는 AWG(array waveguide grating)인 통신 시스템.
제12항에 있어서,

상기 소스는 협대역 레이저 소스이며, 상기 소스로부터 방사된 광이 상기 파장 분할 역다중화기의 출력 포트 각각의 대역폭보다 좁은 대역폭을 갖도록 하는 통신 시스템.
제12항에 있어서,

상기 광섬유는 표준 단일 모드 광섬유인 통신 시스템.
제12항에 있어서,

상기 수신기는 각각,

두 개의 암으로부터의 신호 사이에 간섭을 발생시키는 상이한 시간 지연의 두 개의 암을 가지는 양자 신호 검출을 위한 비대칭 마하젠더 간섭계(asymmetric Mach-Zehnder interferometer)와,

보강 간섭이 발생하는 때에 광량자를 검출하는 단일 광량자 검출기 모듈

을 포함하는 통신 시스템.
제16항에 있어서,

상기 비대칭 마하젠더 간섭계는,

상기 광을 상기 두 개의 암에 의해서 두 부분으로 분할하는 제1 빔 스플리터(beam splitter)- 상기 두 개의 암 사이의 시간차는 상기 위상 변조 주기의 시간 간격과 동일함 -와,

상기 두 개의 암을 통과한 후에 상기 두 부분을 결합하여 상기 두 부분이 서로 간섭하도록 하는 제2 빔 스플리터

를 포함하는 통신 시스템.
제16항에 있어서,

상기 단일 광량자 검출기 모듈은 상기 광량자를 검출하기 위한 두 개의 검출기- 하나의 검출기에 의한 광량자의 클릭(click)은 "0"을 나타내고, 다른 검출기에 의한 광량자의 클릭은 "1"을 나타냄 -와, 상기 수신기에서 광량자가 검출되는 타입 슬롯을 측정하는 타임 슬롯 측정 디바이스를 포함하는 통신 시스템.
제16항에 있어서,

상기 시스템은 상기 WDM 네트워크에 적합한 전광섬유(all-fiber) 접속을 이용하는 통신 시스템.
제17항에 있어서,

상기 송신기는 랜덤 위상 시프트를 상기 위상 변조기에 부가하고,

상기 광을 변조하는 상기 위상 변조기를 상기 수신기 각각의 상기 마하젠더 간섭계 내의 상기 두 개의 암 사이의 시간차와 동일한 상기 위상 변조 주기의 시간 간격에 동기화시키는 랜덤 데이터 신호 생성기를 더 포함하는 통신 시스템.