[发明专利]一种量子通信系统及具有该系统的城域网

说明书

本发明涉及一种量子通信系统及具有该系统的城域网，该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，量子信道的建立借助经典辅助信道来完成；离散纠缠源包括发送器和接收器，发送器包括激光器和编码器，激光器用于为编码器提供光源；编码器用于控制激光器的打开和关闭，从而发送具有特定量子态的光子；接收器包括光电二极管、控制器和解码器，解码器用于确定光电二极管接收的光子是否具有预定的量子态。

技术领域

本发明涉及量子通信技术领域，具体涉及一种量子通信系统及具有该系统的城域网。

背景技术

量子通信是指利用量子效应进行信息传递的一种新型的通讯方式。量子通信主要包括量子密钥分发、量子安全直接通信、量子秘密共享等，其中量子密钥分发是量子通信的核心。量子密钥分发是指通信双方以量子态为信息载体，利用量子力学原理，通过量子信道传输，建立共享密钥的方法，其安全性是由“海森堡测不准原理”和“量子不可克隆定理”来保证的，或者通过纠缠粒子的关联性和非定域性等量子特性来保证的。

量子安全直接通信不需要先产生密钥，然后再加密，而是可以直接安全地传输信息，从而提高传输效率和实时性。量子安全直接通信与量子密钥分发相比，对安全性的要求更高。量子密钥分发要求能够检测出窃听者，检测出窃听者后，只需要放弃通信过程就可以。但是量子安全直接通信都需要先对量子态进行存储，在判断信道安全以后才可以进行后续操作。

量子秘密共享是量子安全通信的核心内容之一，它将量子信息分成几个部分，任何单独一部分都不能有效地得到这个信息，只有经过相关的各个部分之间的合作才能最终获得原因信息，并且在这一过程中，如果有人窃听或者参与者中有欺骗行为的都将被发现。这为量子保密通信中密钥的安全管理提供了新的思路和方法。

现有技术中关于量子安全直接通信和量子秘密共享还没有实验验证，量子密钥分发的实验逐渐走向了商业化，但是量子密钥的安全性仍然存在改进的空间。

发明内容

本发明旨在提供一种量子通信系统及具有该系统的城域网，所要解决的技术问题包括如何提高量子通信系统的安全性，特别是量子密钥的安全性。

本发明的目的是解决现有技术的不足，提供一种量子通信系统，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。