本申請涉及量子通信和光通信，特別涉及一種基于多芯光纖的一對多用戶qkd網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及實現(xiàn)方法。

背景技術(shù)：

1、自1984年bb84協(xié)議的開創(chuàng)性提出，量子秘鑰分發(fā)(quantum?key?distr?ibut?ion，qkd)技術(shù)不斷取得突破，成功跨越了從實驗室探索到實際應(yīng)用的鴻溝。隨著技術(shù)的日益成熟，qkd不僅在傳輸距離上實現(xiàn)了顯著延伸，而且在密鑰分發(fā)速率及系統(tǒng)穩(wěn)定性方面也取得了顯著提升。依托量子力學的測不準原理與不可克隆定理，qkd賦予了信息安全以絕對保障，成為了守護通信領(lǐng)域信息安全的堅固盾牌。時至今日，qkd網(wǎng)絡(luò)已在全球多地廣泛部署，為金融、政府、軍事等關(guān)鍵領(lǐng)域筑起了高安全性的信息傳輸防線。

2、然而，現(xiàn)有的qkd網(wǎng)絡(luò)大多基于單芯光纖構(gòu)建，面臨著通信效率低下、系統(tǒng)復(fù)雜度高等挑戰(zhàn)。同時，隨著光通信容量的持續(xù)增長，傳統(tǒng)單芯光纖已難以滿足未來光通信擴容的迫切需求。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本申請實施例提供一種基于多芯光纖的一對多用戶qkd網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及實現(xiàn)方法，以解決相關(guān)技術(shù)中qkd網(wǎng)絡(luò)大多基于單芯光纖構(gòu)建，面臨著通信效率低下、系統(tǒng)復(fù)雜度高等挑戰(zhàn)，難以滿足未來光通信擴容的迫切需求的問題。

2、第一方面，提供了一種基于多芯光纖的一對多用戶qkd網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其包括依次連接的信號發(fā)送端、信號傳輸單元和多個用戶端；

3、所述信號發(fā)送端用于：在每一個周期內(nèi)，按照設(shè)定時序，將連續(xù)光斬為不同頻率的脈沖光，將各頻率的脈沖光調(diào)制成強度不同的誘騙態(tài)脈沖和信號態(tài)脈沖，并對各誘騙態(tài)脈沖和信號態(tài)脈沖進行偏振態(tài)編碼，以形成攜帶有秘鑰信息的不同頻率量子信號；

4、所述信號傳輸單元用于：先將不同頻率的量子信號分別耦合至多芯光纖的不同纖芯中，以進行傳輸，再從所述多芯光纖中解耦；

5、多個所述用戶端用于：分別接收不同頻率的量子信號，隨機選取基矢以對量子信號進行單光子偏振態(tài)測量，并響應(yīng)成碼。

6、一些實施例中，所述信號發(fā)送端包括依次連接的第一強度調(diào)制器、第二強度調(diào)制器、偏振調(diào)制器和可調(diào)光衰減器；

7、所述第一強度調(diào)制器用于：在每一個周期內(nèi)，按照設(shè)定時序，將連續(xù)光斬為不同頻率的脈沖光；

8、所述第二強度調(diào)制器用于：將各頻率的脈沖光調(diào)制成強度不同的誘騙態(tài)脈沖和信號態(tài)脈沖；

9、所述偏振調(diào)制器用于：對各頻率脈沖光的誘騙態(tài)脈沖和信號態(tài)脈沖進行偏振態(tài)編碼，以形成攜帶有秘鑰信息的脈沖光；

10、所述可調(diào)光衰減器用于：將攜帶有秘鑰信息的脈沖光衰減到單光子級別，以得到攜帶有秘鑰信息的量子信號。

11、一些實施例中，所述信號發(fā)送端還包括激光器，所述激光器與所述第一強度調(diào)制器連接，以向所述第一強度調(diào)制器發(fā)出連續(xù)光。

12、一些實施例中，所述信號發(fā)送端包括依次連接的第一強度調(diào)制器、偏振調(diào)制器、第二強度調(diào)制器和可調(diào)光衰減器；

13、所述第一強度調(diào)制器用于：將連續(xù)光斬為不同頻率的脈沖光；

14、所述偏振調(diào)制器用于：對各頻率脈沖光的脈沖進行偏振態(tài)編碼；

15、所述第二強度調(diào)制器用于：將各頻率脈沖光中經(jīng)編碼的脈沖調(diào)制成強度不同的誘騙態(tài)脈沖和信號態(tài)脈沖，以形成攜帶有秘鑰信息的脈沖光；

16、所述可調(diào)光衰減器用于：將攜帶有秘鑰信息的脈沖光衰減到單光子級別，以得到攜帶有秘鑰信息的量子信號。

17、一些實施例中，所述信號發(fā)送端還包括激光器，所述激光器與所述第一強度調(diào)制器連接，以向所述第一強度調(diào)制器發(fā)出連續(xù)光。

18、一些實施例中，所述信號傳輸單元包括依次連接的光開關(guān)、多芯光纖復(fù)用器、多芯光纖和多芯光纖解復(fù)用器；

19、所述光開關(guān)用于：響應(yīng)于所述信號發(fā)送端，對不同頻率的量子信號進行分發(fā)；

20、所述多芯光纖復(fù)用器用于：接收分發(fā)的量子信號，并耦合至多芯光纖對應(yīng)的纖芯中；

21、所述多芯光纖解復(fù)用器用于：將量子信號從多芯光纖中解耦出來。

22、一些實施例中，所述用戶端包括基矢分束器和兩個偏振分束器，每個所述偏振分束器連接有兩個單光子探測器；

23、所述基矢分束器用于：對所述量子信號進行基矢選擇；

24、所述偏振分束器用于：在選定的基矢下，對所述量子信號中的單光子進行偏振態(tài)測量；

25、所述單光子探測器用于：測量接收到的偏振態(tài)的計數(shù)信息，并響應(yīng)成碼。

26、一些實施例中，連續(xù)光斬為脈沖光的頻率的數(shù)量與所述用戶端的數(shù)量相同。

27、一些實施例中，所述偏振態(tài)包括兩組非正交基矢z基和x基，z基和x基均包括兩個正交偏振態(tài)。

28、第二方面，提供了一種基于多芯光纖的一對多用戶qkd網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)方法，其包括：

29、在每一個周期內(nèi)，按照設(shè)定時序，將連續(xù)光斬為不同頻率的脈沖光，將各頻率的脈沖光調(diào)制成強度不同的誘騙態(tài)脈沖和信號態(tài)脈沖，并對各誘騙態(tài)脈沖和信號態(tài)脈沖進行偏振態(tài)編碼，以形成攜帶有秘鑰信息的不同頻率量子信號；

30、先將不同頻率的量子信號分別耦合至多芯光纖的不同纖芯中，以進行傳輸，再從所述多芯光纖中解耦；

31、分別接收不同頻率的量子信號，隨機選取基矢以對量子信號進行單光子偏振態(tài)測量，并響應(yīng)成碼。

32、本申請?zhí)峁┑募夹g(shù)方案帶來的有益效果包括：

33、本申請采用多芯光纖進行信號傳輸，多芯光纖在單一光纖包層內(nèi)巧妙集成了多個獨立纖芯，每個纖芯均可作為單?；蚨嗄９饫w使用，能夠獨立傳輸多個光信號。這一設(shè)計使得每個纖芯都能成為一個有效的信號通道，從而極大地提升了系統(tǒng)容量與通信效率。此外，多芯光纖的多芯結(jié)構(gòu)天然適配多用戶接入場景，使得本申請一個信號發(fā)送端可以對應(yīng)于多個用戶端，實現(xiàn)了一對多用戶網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的量子密鑰分發(fā)。多芯光纖將多個光通道集成在一根光纖中，具有平均光通道成本低、集成度高、傳輸容量大等優(yōu)點。該系統(tǒng)不僅提高了qkd系統(tǒng)的通信效率和實用性，還為解決未來光通信擴容難題提供了有力支持。本申請的實施將有力推動量子通信技術(shù)和光通信技術(shù)的發(fā)展，為信息安全領(lǐng)域和光通信領(lǐng)域提供新的解決方案。

技術(shù)特征：

1.一種基于多芯光纖的一對多用戶qkd網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于，其包括依次連接的信號發(fā)送端(10)、信號傳輸單元(20)和多個用戶端(30)；

2.如權(quán)利要求1所述的基于多芯光纖的一對多用戶qkd網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于：所述信號發(fā)送端(10)包括依次連接的第一強度調(diào)制器(101)、第二強度調(diào)制器(102)、偏振調(diào)制器(103)和可調(diào)光衰減器(104)；

3.如權(quán)利要求2所述的基于多芯光纖的一對多用戶qkd網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于：

4.如權(quán)利要求1所述的基于多芯光纖的一對多用戶qkd網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于：所述信號發(fā)送端(10)包括依次連接的第一強度調(diào)制器(101)、偏振調(diào)制器(103)、第二強度調(diào)制器(102)和可調(diào)光衰減器(104)；

5.如權(quán)利要求4所述的基于多芯光纖的一對多用戶qkd網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于：

6.如權(quán)利要求1所述的基于多芯光纖的一對多用戶qkd網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于：

7.如權(quán)利要求1所述的基于多芯光纖的一對多用戶qkd網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于：

8.如權(quán)利要求1所述的基于多芯光纖的一對多用戶qkd網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于：

9.如權(quán)利要求1所述的基于多芯光纖的一對多用戶qkd網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于：

10.一種基于多芯光纖的一對多用戶qkd網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)方法，其特征在于，其包括：

技術(shù)總結(jié)
本申請涉及一種基于多芯光纖的一對多用戶QKD網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及實現(xiàn)方法，包括信號發(fā)送端、信號傳輸單元和用戶端；信號發(fā)送端將連續(xù)光斬為不同頻率的脈沖光，將各頻率的脈沖光調(diào)制成強度不同的誘騙態(tài)脈沖和信號態(tài)脈沖，對各誘騙態(tài)脈沖和信號態(tài)脈沖進行偏振態(tài)編碼，形成攜帶秘鑰信息的不同頻率量子信號；信號傳輸單元先將不同頻率的量子信號分別耦合至多芯光纖的不同纖芯中，以進行傳輸，再從多芯光纖中解耦；多個用戶端分別接收不同頻率的量子信號，隨機選取基矢以對量子信號進行單光子偏振態(tài)測量，并響應(yīng)成碼。本申請可以解決相關(guān)技術(shù)中QKD網(wǎng)絡(luò)基于單芯光纖構(gòu)建，存在通信效率低下、系統(tǒng)復(fù)雜度高，難以滿足未來光通信擴容的迫切需求的問題。

技術(shù)研發(fā)人員：韓雁鑫,華昕,陳代高,肖希
受保護的技術(shù)使用者：武漢光谷信息光電子創(chuàng)新中心有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9