一种基于测量设备无关的多用户QKD系统的制作方法

本技术涉及光通信与量子通信设备的，具体涉及一种基于测量设备无关的多用户qkd系统。

背景技术：

1、量子密钥分发(quantum key distribution，qkd)是量子通信领域中的研究重点，基于量子力学的特点，量子通信在理论上是处于绝对安全的，通信双方能在有窃听者尝试窃听的情况下保持安全通信，并获得绝对安全的信息，窃听者无法获取通信内容。

2、但在实际情况中，因为受困于现有技术和器件等等的因素，qkd无法做到绝对安全，使得在qkd技术下的量子通信的距离和成码率还是有很大的限制。尤其是针对于qkd技术下的测量设备的缺陷和不完美，使得qkd始终无法应用到实际上来。

3、测量设备无关(measurement device independent，mdi)-qkd协议能够抵御测量端的攻击。在mdi-qkd协议下，窃听者无法针对测量设备的缺陷和不完美进行攻击而得到通信的密钥信息，而如何将mdi-qkd协议与网络结合起来的问题也随之被提了出来。2015年，富尧等人就提出了一种基于ghz纠缠态后选择的多方mdi-qkd方案，同年，徐飞虎等人提出了一种基于w态的多方mdi-qkd方案。但是这些方案都只是基于mdi-qkd协议的方案，目前所实现的最长距离mdi-qkd实验(404km)的成码率仅仅只有10数量级。在大面积覆盖的量子网络中，需要进行远距离通信，这样的成码率显然是远远不够的。

技术实现思路

1、本实用新型为了解决现有的mdi-qkd技术成码率不够高的问题，提出了一种基于测量设备无关的多用户qkd系统。

2、为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案如下：

3、一种基于测量设备无关的多用户qkd系统，包括用户端和环型量子信道，所述用户端至少有三个，分别接入环型量子信道；

4、所述用户端包括量子信号发射模块、量子信号同步模块、量子信号测量模块、第一光路选择模块、第二光路选择模块和第三光路选择模块；

5、所述量子信号发射模块通过第一光路选择模块实现与第二光路选择模块、第三光路选择模块的可选择连接或断开；第一光路选择模块的一端、量子信号同步模块的一端、量子信号测量模块的一端分别通过第二光路选择模块实现与环型量子信道的可选择连接或断开；第一光路选择模块的另一端、量子信号同步模块的另一端、量子信号测量模块的另一端分别通过第三光路选择模块实现与环型量子信道的可选择连接或断开。

6、上述方案中，通过由用户端和环型量子信道组成的环型结构实现了多用户同时进行测量设备无关协议的方案，在长距离量子通信下具有较高的成码率，并且能够抵御对测量设备的攻击；同时还具有拓展性，可不断增加用户，大大提高了量子网络资源的利用率，同时节省了大量的量子网络资源。

7、优选的，所述第一光路选择模块包括端口k11、端口k12和端口k13；

8、所述量子信号发射模块的输出端与端口k11连接，端口k11可选择地与端口k12或端口k13连接，端口k12与第二光路选择模块连接，端口k13与第三光路选择模块连接。

9、优选的，所述第二光路选择模块包括端口k21、端口k22、端口k23和端口k24；

10、端口k21可选择地与端口k22、端口k23或端口k24连接，且端口k21接入环型量子信道，端口k22与端口k12连接，端口k23与量子信号同步模块的一端连接，端口k24与量子信号测量模块的一端连接。

11、优选的，所述第三光路选择模块包括端口k31、端口k32、端口k33和端口k34；

12、端口k31可选择地与端口k32、端口k33或端口k34连接，且端口k31接入环型量子信道，端口k32与端口k13连接，端口k33与量子信号同步模块的另一端连接，端口k34与量子信号测量模块的另一端连接。

13、优选的，所述量子信号发射模块包括激光器、偏振调制器和衰减器；

14、所述激光器的输出端与偏振调制器的输入端连接，偏振调制器的输出端与衰减器的输入端连接，衰减器的输出端与端口k11连接。

15、优选的，所述量子信号测量模块包括第一分束元件、第二分束元件、第三分束元件、第一探测器、第二探测器、第三探测器和第四探测器；

16、所述第一分束元件的第一输入端与端口k24连接，第一分束元件的第二输入端与端口k34连接，第一分束元件的第一输出端与第二分束元件的输入端连接，第一分束元件的第二输出端与第三分束元件的输入端连接，第二分束元件的第一输出端与第一探测器的输入端连接，第二分束元件的第二输出端与第二探测器的输入端连接，第三分束元件的第一输出端与第三探测器的输入端连接，第三分束元件的第二输出端与第四探测器的输入端连接。

17、优选的，所述第一分束元件、第二分束元件和第三分束元件均采用分束器。

18、优选的，所述第一探测器、第二探测器、第三探测器和第四探测器均采用单光子探测器。

19、优选的，所述用户端的类型包括通信方、测量第三方和通信中间节点；

20、其中，通信方的数量为两个，测量第三方的数量为一个。

21、优选的，其中一个通信方中第一光路选择模块的端口k11与端口k12连接，另一个通信方中第一光路选择模块的端口k11与端口k13连接。

22、本实用新型有益的技术效果：

23、本实用新型提供了一种基于测量设备无关的多用户qkd系统，通过由用户端和环型量子信道组成的环型结构实现了多用户同时进行测量设备无关协议的方案，在长距离量子通信下具有较高的成码率，并且能够抵御对测量设备的攻击；同时还具有拓展性，可不断增加用户，大大提高了量子网络资源的利用率，同时节省了大量的量子网络资源。

技术特征：

1.一种基于测量设备无关的多用户qkd系统，其特征在于，包括用户端和环型量子信道，所述用户端至少有三个，分别接入环型量子信道；

2.根据权利要求1所述的一种基于测量设备无关的多用户qkd系统，其特征在于，所述第一光路选择模块包括端口k11、端口k12和端口k13；

3.根据权利要求2所述的一种基于测量设备无关的多用户qkd系统，其特征在于，所述第二光路选择模块包括端口k21、端口k22、端口k23和端口k24；

4.根据权利要求3所述的一种基于测量设备无关的多用户qkd系统，其特征在于，所述第三光路选择模块包括端口k31、端口k32、端口k33和端口k34；

5.根据权利要求4所述的一种基于测量设备无关的多用户qkd系统，其特征在于，所述量子信号发射模块包括激光器、偏振调制器和衰减器；

6.根据权利要求4所述的一种基于测量设备无关的多用户qkd系统，其特征在于，所述量子信号测量模块包括第一分束元件、第二分束元件、第三分束元件、第一探测器、第二探测器、第三探测器和第四探测器；

7.根据权利要求6所述的一种基于测量设备无关的多用户qkd系统，其特征在于，所述第一分束元件、第二分束元件和第三分束元件均采用分束器。

8.根据权利要求6所述的一种基于测量设备无关的多用户qkd系统，其特征在于，所述第一探测器、第二探测器、第三探测器和第四探测器均采用单光子探测器。

9.根据权利要求4所述的一种基于测量设备无关的多用户qkd系统，其特征在于，所述用户端的类型包括通信方、测量第三方和通信中间节点；

10.根据权利要求9所述的一种基于测量设备无关的多用户qkd系统，其特征在于，其中一个通信方中第一光路选择模块的端口k11与端口k12连接，另一个通信方中第一光路选择模块的端口k11与端口k13连接。

技术总结本技术公开了一种基于测量设备无关的多用户QKD系统，包括用户端和环型量子信道，所述用户端至少有三个，分别接入环型量子信道；所述用户端包括量子信号发射模块、量子信号同步模块、量子信号测量模块、第一光路选择模块、第二光路选择模块和第三光路选择模块。本技术公开了一种基于测量设备无关的多用户QKD系统，通过由用户端和环型量子信道组成的环型结构实现了多用户同时进行测量设备无关协议的方案，在长距离量子通信下具有较高的成码率，并且能够抵御对测量设备的攻击；同时还具有拓展性，可不断增加用户，大大提高了量子网络资源的利用率，同时节省了大量的量子网络资源。技术研发人员：彭贺扬,郭邦红,谢欢文受保护的技术使用者：广东国腾量子科技有限公司技术研发日：20231228技术公布日：2024/8/1