一种多方量子通信网络装置及多方量子通信方法与流程

本发明涉及量子通信，尤其涉及一种多方量子通信网络装置及多方量子通信方法。

背景技术：

1、随着信息技术的发展，通信过程的信息安全逐渐被重视。量子通信由于基于量子力学原理因而可以保证通信过程的无条件安全。为了抵御信息安全带来的威胁，量子通信网络建设和应用逐步在世界各地开展。然而量子通信本质上是点到点之间的连接，若想拓展到多用户实现量子通信网络需要借助中继来连接。量子中继利用量子纠缠及存储技术可以使得中继过程无条件安全，但是目前量子中继器的研究还未步入实用化，距离应用阶段较远。因而当前量子通信网络普遍采用可信中继来实现多点之间的互联，然而可信中继的使用过程中需要默认中继节点是可信的，随着可信中继节点的数量增多，网络整体的安全性会有所下降。同时基于中继节点连接的量子通信网络，在n个用户情况下需要n(n-1)/2条链路来实现任意两点之间的通信连接，导致量子网络建设成本高。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的上述不足，提供一种多方量子通信网络装置及多方量子通信方法，用以解决现有技术中量子通信网络在n个用户情况下需要n(n-1)/2条链路来实现任意两点之间的通信连接，导致量子网络建设成本高的问题。

2、第一方面，本发明提供一种多方量子通信网络装置，包括运营控制端和n个用户端，所述n为大于1的整数；

3、所述运营控制端包括光脉冲信号输入部、平衡分束器、第一相位调制器、控制单元和可拓展的支路单元，所述可拓展的支路单元包括第一偏振控制器和n个串联连接的支路单元，每个所述支路单元均包括第二偏振控制器、偏振分束器；

4、所述光脉冲信号输入部与所述平衡分束器的第一端口连接，所述平衡分束器的第二端口与所述第一偏振控制器的一端连接；

5、所述第一偏振控制器的另一端与第一个所述支路单元的偏振分束器的第一端口连接；

6、每个所述支路单元的偏振分束器的第二端口通过量子信道与对应的用户端连接，每个所述支路单元的偏振分束器的第三端口与对应的第二偏振控制器的一端连接；

7、第n个所述支路单元的第二偏振控制器的另一端与所述第一相位调制器连接，所述第一相位调制器与所述平衡分束器的第三端口连接；

8、所述控制单元分别与所述第一偏振控制器和每个所述支路单元的第二偏振控制器电连接。

9、进一步地，所述光脉冲信号输入部包括光环形器、第三偏振控制器、第一强度调制器、激光器；

10、所述光环形器的第一端口与所述第三偏振控制器的一端连接，所述光环形器的第二端口与所述平衡分束器的第一端口连接；

11、所述第三偏振控制器的另一端与所述第一强度调制器连接；

12、所述第一强度调制器与所述激光器连接。

13、进一步地，每个所述支路单元均还包括第一法拉第反射镜；

14、每个所述支路单元的第一法拉第反射镜与对应的偏振分束器的第四端口连接。

15、进一步地，所述运营控制端还包括第一单光子探测器和第二单光子探测器；

16、所述第一单光子探测器与所述光环形器的第三端口连接；

17、所述第二单光子探测器与所述平衡分束器的第四端口连接。

18、进一步地，每个所述用户端均包括第二强度调制器、第二相位调制器、第二法拉第反射镜；

19、每个所述用户端的第二强度调制器通过量子信道与对应的支路单元的偏振分束器的第二端口连接；

20、每个所述用户端的第二相位调制器与对应的第二强度调制器连接；

21、每个所述用户端的第二法拉第反射镜与对应的第二相位调制器连接。

22、第二方面，本发明提供一种多方量子通信方法，应用如上所述的多方量子通信网络装置，包括：

23、n个用户端中的第一用户端向运营控制端发送通信请求，所述通信请求用于指示第一用户端与运营控制端进行量子通信；

24、运营控制端中的控制单元根据所述通信请求生成各偏振控制器对应的控制指令，并发送给对应的偏振控制器；

25、偏振控制器根据接收到的控制指令对光脉冲信号的偏振方向旋转第一角度，或第二角度；

26、平衡分束器将入射的光脉冲信号分为顺时针光脉冲信号和逆时针光脉冲信号，并将顺时针光脉冲信号依次透传通过可拓展的支路单元，仅在通过第一用户端对应的支路单元时通过量子信道与第一用户端相连；

27、第一用户端对顺时针光脉冲信号进行相位编码以使顺时针光脉冲信号随机加载相位后，反射回运营控制端；

28、平衡分束器将从第一相位调制器入射来的顺时针光脉冲信号与逆时针光脉冲信号进行干涉；

29、根据干涉结果，第一用户端和运营控制端协商获取量子密钥。

30、进一步地，所述第一用户端对顺时针光脉冲信号进行相位编码以使顺时针光脉冲信号随机加载相位后，反射回运营控制端，具体包括：

31、第一用户端中的第二相位调制器对顺时针光脉冲信号进行相位编码以使顺时针光脉冲信号随机加载相位，并通过第一用户端中的第二法拉第反射镜将相位编码后的顺时针光脉冲信号反射回运营控制端。

32、本发明还提供一种多方量子通信方法，应用如上所述的多方量子通信网络装置，包括：

33、n个用户端中的第一用户端、第二用户端向运营控制端发送通信请求，所述第一用户端、第二用户端的通信请求用于指示第一用户端与第二用户端进行量子通信；

34、运营控制端中的控制单元根据所述第一用户端、第二用户端的通信请求生成各偏振控制器对应的控制指令，并发送给对应的偏振控制器；

35、偏振控制器根据接收到的控制指令对光脉冲信号的偏振方向旋转第一角度，或第二角度；

36、平衡分束器将入射的光脉冲信号分为顺时针光脉冲信号和逆时针光脉冲信号；

37、将顺时针光脉冲信号依次透传通过可拓展的支路单元，仅在通过第一用户端、第二用户端对应的支路单元时通过量子信道与第一用户端、第二用户端相连，并将逆时针光脉冲信号通过第一相位调制器后依次透传通过可拓展的支路单元，仅在通过第一用户端、第二用户端对应的支路单元时通过量子信道与第一用户端、第二用户端相连；

38、第一用户端、第二用户端分别对顺时针光脉冲信号或逆时针光脉冲信号进行相位编码以使顺时针光脉冲信号或逆时针光脉冲信号随机加载相位后，反射回运营控制端；

39、平衡分束器将从第一相位调制器入射来的顺时针光脉冲信号与从可拓展的支路单元入射来的逆时针光脉冲信号进行干涉；

40、根据干涉结果，第一用户端和第二用户端协商获取量子密钥。

41、进一步地，所述根据干涉结果，第一用户端和第二用户端协商获取量子密钥，具体包括：

42、运营控制端根据第一单光子探测器和第二单光子探测器的响应，获取所述干涉结果；

43、根据所述干涉结果对第一用户端、第二用户端随机加载的相位对应的信息进行基矢比对、错误检验、比特纠错、保密放大，得到所述量子密钥。

44、本发明还提供一种多方量子通信方法，应用如上所述的多方量子通信网络装置，包括：

45、n个用户端中的至少两个用户端向运营控制端发送通信请求，所述至少两个用户端的通信请求用于指示至少两个用户端与运营控制端进行多方量子通信；

46、运营控制端中的控制单元根据所述至少两个用户端的通信请求生成各偏振控制器对应的控制指令，并发送给对应的偏振控制器；

47、偏振控制器根据接收到的控制指令对光脉冲信号的偏振方向旋转第一角度，或第二角度；

48、平衡分束器将入射的光脉冲信号分为顺时针光脉冲信号和逆时针光脉冲信号，并将顺时针光脉冲信号依次透传通过可拓展的支路单元，仅在通过所述至少两个用户端中每个用户端对应的支路单元时通过量子信道与所述至少两个用户端中每个用户端相连；

49、所述至少两个用户端中每个用户端对顺时针光脉冲信号进行相位编码以使顺时针光脉冲信号随机加载相位后，反射回运营控制端；

50、平衡分束器将从第一相位调制器入射来的顺时针光脉冲信号与逆时针光脉冲信号进行干涉；

51、根据干涉结果，所述至少两个用户端和运营控制端协商实现量子秘密共享。

52、本发明提供的多方量子通信网络装置及多方量子通信方法，通过光脉冲信号输入部、平衡分束器、第一相位调制器、控制单元、第一偏振控制器、n个串联连接的支路单元以及n个用户端之间的连接方式，利用偏振控制使得多方量子通信网络装置仅需要n条链路即可实现n个用户之间任意两点用户的量子通信，从而相比于现有量子通信网络降低了量子网络建设成本，解决了现有技术中量子通信网络在n个用户情况下需要n(n-1)/2条链路来实现任意两点之间的通信连接，导致量子网络建设成本高的问题。