[发明专利]一种量子通信系统及具有该系统的城域网

权利要求书

1.一种量子通信系统，其特征在于，所述的量子通信系统包括量子交换中心、离散纠缠源和用户，其中离散纠缠源位于用户处，能够产生并分发纠缠粒子给用户和量子交换中心，继而在用户和量子交换中心之间建立量子信道；量子交换中心通过量子纠缠交换来实现信道切换，将原本用户和量子交换中心之间的量子信道切换为不同用户之间的量子信道，所述的量子信道的建立借助经典辅助信道来完成，一旦不同用户之间建立了量子信道，密钥就能够通过该量子信道来传送；所述的离散纠缠源包括发送器和接收器，所述的发送器和接收器之间可通信地连接；所述的发送器包括激光器和编码器，所述的激光器用于为编码器提供光源；所述的编码器用于控制所述激光器的打开和关闭，从而发送具有特定量子态的光子；所述的接收器包括光电二极管、控制器和解码器，所述的控制器用于控制所述的光电二极管接收所述发送器发送的光子；所述的解码器用于确定所述光电二极管接收的光子是否具有预定的量子态；

所述的量子交换中心包括纠缠交换模块、控制模块和经典信息模块，其中纠缠交换模块包括量子交换开关和多个Bell基测量单元，所述的量子交换开关用于将不同的用户量子信道接入选定的Bell基测量单元；所述的Bell基测量单元用于完成纠缠交换，以建立不同用户之间的量子纠缠信道；所述的经典信息模块用于产生和处理经典辅助信息，并通过经典辅助信道与用户相连，从而传递各种经典辅助信息；所述的控制模块用于协调控制用户与量子交换中心以及量子交换中心内部的信道建立和信息交互，并控制Bell基测量单元的选取，直至完成控制量子密钥分发全过程；

所述的量子通信系统系统中量子交换中心的量子总话务量A为：

A＝λmT；

其中，m为Bell基测量单元的数量，λ为每个Bell基测量单元1小时内可接入的平均呼叫系数，T为呼叫平均占用时长，单位为秒/次；

每个用户的量子话务量a为：

；

其中，C为用户每天平均呼叫的次数，K为集中系数，即忙时话务量对全日话务量的比,a≤A；所述集中系数K选10％至15％。

2.根据权利要求1所述的量子通信系统，其特征在于，所述的量子交换中心在接收到用户的通信请求时，首先查询被请求通信的用户是否处于空闲状态，如果是，则进一步查询是否有Bell基测量单元处于空闲状态，如果是，则通知请求通信的用户进入通信状态；请求通信的用户通过发送端准备一个长度为M+(P+Q)的纠缠态随机序列，该纠缠态随机序列中的每一个纠缠态不是|Ф⁺就是|ψ⁺，其中|Ф⁺和ψ⁺分别是双光子希尔伯特空间的最大纠缠态；其中(P+Q)个纠缠态用于保证用户与量子交换中心之间以及不同用户之间的信道安全，其余M个纠缠态用于在请求通信的用户和被请求通信的用户获取密钥信息时使用；被请求通信的用户也准备M+(P+Q)个|Ф⁺的纠缠态随机序列作为初始态；请求通信的用户从所述的长度为M+(P+Q)的纠缠态随机序列中取出一个量子比特组成主叫量子比特序列，被请求通信的用户从所述的M+(P+Q)个|Ф⁺的纠缠态随机序列取出一个量子比特组成被叫量子比特序列，请求通信的用户和被请求通信的用户分别将主叫量子比特序列和被叫量子比特序列发送给量子交换中心；请求通信的用户将除了进入主叫量子比特序列的量子比特以外的有序量子比特序列重新存储为U_-A序列，被请求通信的用户将除了进入被叫量子比特序列的量子比特以外的有序量子比特序列重新存储为U_-B序列；请求通信的用户随机选择P个位置，并找出该P个位置上的U_-A序列的量子比特并公布其位置信息；所述的量子交换中心在测量基{|0，|1}的基础上测量有序的主叫量子比特序列中相应的P个量子比特，然后通过经典辅助信道将测量结果和测量基发给请求通信的用户；请求通信的用户利用该测量基来测量U_-A序列的相应量子位，然后与所述的量子交换中心发回的测量结果进行比较，通过估计错误率以确定在请求通信的用户与量子交换中心之间的量子通信信道中是否存在窃听。