[发明专利]基于多波长纠缠光源的量子通信组网方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于多波长纠缠光源的量子通信组网方法及系统，利用多波长纠缠光源产生频率等间隔、两两配对的纠缠单光子；利用经典光纤通信系统中较为成熟的密集波分复用技术对纠缠单光子进行波长通道配置；构建独立于用户的量子网络服务器并将各波长纠缠光子分发给各用户，保证每两个用户之间能共享一对独立的纠缠单光子，最终实现多用户任意互联的量子通信网络。

技术领域

本发明属于非线性光学、光纤通信、量子通信技术领域，涉及一种基于多波长纠缠光源的量子通信组网方法及系统，尤其涉及一种利用自发非线性效应实现宽带纠缠单光子输出、通过密集波分复用系统的波长通道配置实现多用户任意互联的量子通信组网技术。

背景技术

随着时代的进步和信息交互业务量的急剧提升，基于光纤通信网络的信息传输安全问题受到广泛关注。针对光纤通信线路的攻击手段主要包括“窃听”和“破解”两类。其中“窃听”是指通过宏弯、分光等手段对光纤内传输的信息进行窃取监听的行为，“破解”是指通过破解密钥解析获得明文信息的行为。一方面，早在2005年服役的美国“吉米-卡特”号潜艇就已经具备窃听海底光缆而不被运营商侦知的能力；另一方面，近年来超快计算技术特别是量子计算技术得到飞速发展，对基于数学问题复杂性的经典密钥破译能力不断提升，将在未来严重威胁到光纤通信网络信息传输安全乃至网络空间安全。

量子通信技术是目前公认的能够从物理层面实现“无条件安全”信息传输的颠覆性技术。量子是能量的基本单元，具有不可分离特性，以单量子(目前主要是光量子)作为信息载体能够有效规避信息传输过程中的分离窃听风险；量子力学中海森堡测不准原理表明，无法在测量之前准确获得一个未知量子的全部状态信息，更无法从全维度对量子态进行精确复制(即量子态不可复制原理)，因此，以量子通信信号无法被攻击者复制或伪造或预测，理论上具有无条件安全特性。

通过量子通信技术和光纤通信网络技术的交叉融合，有望构建具备防窃听、抗破译高安全性信息传输能力的量子通信网络。广义量子通信网络基于量子隐形传态通信技术，狭义量子通信网络基于量子密钥分发技术，两者共同点在于：量子通信网络中每两个用户间通信线路必须由量子信号“保驾护航”。现阶段量子通信组网主要技术路线有：(1)基于点对点量子通信系统构建的多用户任意互联量子通信网络：通信双方需要配备单独的量子通信设备，面临巨大的资源开销；业务层可信节点虽然能有效扩展双端量子通信设备并行工作能力，但同时部分丧失了量子通信固有的安全属性；(2)基于点对多量子通信系统构建的多组用户量子通信网络：需要将用户分为多个用户组，允许同组内多个用户共享同一量子设备和量子信道，但不支持组内成员间量子通信互联；(3)量子中继通信网络：主要基于量子存储技术、量子纠缠交换扩展技术和量子态路由技术，然而量子态长时间存储难题一直没有较好的解决方案；(4)基于高维量子通信协议的量子通信网络：可为多个用户提供量子通信服务，每个用户共享相同的Hilbert空间并在各自占据的子空间内独立生成量子态信息；然而，添加或删除用户需要整体修改Hilbert空间，严重影响了量子通信网络的可灵活调整性和高效工作能力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是利用自发非线性效应实现多波长纠缠单光子输出；利用密集波分复用系统对纠缠单光子进行波长通道配置；构建量子网络服务器并将纠缠单光子分发给各用户；各用户利用纠缠单光子建立任意互联的量子通信网络。

为了解决上述问题，本发明提出了一种基于多波长纠缠光源的量子通信组网方法，由多波长纠缠光源、纠缠单光子波长通道配置以及多用户任意互联量子通信组网构成；

上述多波长纠缠光源利用多波长纠缠光源实现频域等间隔、两两纠缠的纠缠单光子输出；

上述纠缠单光子波长通道配置构建量子网络服务器并对纠缠单光子进行波长通道配置；

上述多用户任意互联量子通信组网为多用户任意互联提供纠缠单光子服务，构建量子通信网络。

优选的，上述多波长纠缠光源通过两路多波长单光子序列纠缠实现或通过自发非线性效应实现。