【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于量子通信领域，具体涉及一种基于光纤法布里-珀罗(fabry–pérot，f-p)滤波器的量子网络系统。
技术介绍
1、量子计算的最新进展凸显了与之相关的安全性问题。当前使用的加密算法是基于经典对称加密算法和非对称加密算法，例如高级加密标准(advanced encryptionstandard,aes)、rivest-shamir-adleman(rsa)，椭圆曲线数字签名(elliptic curvediffie-hellman,ecdse)等算法，其安全性是受难以计算的数学问题所保证。随着计算能力的提升，这种算法的安全性面临愈发严重的威胁。量子密钥分发(quantum keydistribution，qkd)是解决通信安全的一个有效方案。它限制了窃听者实施攻击的手段受量子力学原理的限制。经过二十多年的发展，qkd已经从最初的原理性验证，发展为如何推动其商业化。但因距离扩展和网络扩展等问题，限制了它的商业化。
2、目前，已报道的qkd网络可以分为三类。第一类是可信节点网络，假定所有节点是可信的，不受窃听者的威胁。而在现实网络中，几乎不可能信任每个连接的节点。这相当于放弃了qkd的无条件安全性。此外，每个节点需要完整的收发设备，使这类网络部署成本显著增加。第二类是完全连接的量子网络，将每个用户和其他所有用户都完全连接，这类网络具有通用性和鲁棒性。但用户数量n受密集波分复用的通道排列组合所限制。第三类是点对多点网络，中心点具备同时向多个远程点发送和接收信息的能力，特别适用在量子广播、量子会议等领域。点对多
3、幸运的是，在不牺牲系统性能的情况下，一种基于光纤腔的光纤布拉格光栅(fiberbragger grating based fiber cavities，fbg-fc)滤波网络，可以实现用户信息的分离。这种结构需要利用数据采集卡、压电陶瓷(piezoelectric transducer,pzt)和高压放大器配合共同控制透射峰的位置。为了防止fbg-fc的透射峰随温度变化而缓慢漂移，需要用温度控制仪器将滤波网络的温度变化控制在0.01℃的范围内。尽管如此，fbg-fc的透射峰只在短时间内不会发生漂移，因此需要不断的调整加载在pzt上的电压来调整fbg-fc透射峰的位置。也就是说，该系统不具有稳定性，而且操控该滤波结构是复杂且困难的。在保持系统性能的前提下，简化分离多个用户信息的过程是悬而未决的难题。
4、此外，基于fbg-fc滤波网络的系统采用的是四态离散调制方案编码用户信息。由于四态离散调制方案简单、便于提升系统的重复频率等优点，常被连续变量qkd所采用，但此调制方案的性能较低。在保持离散调制的优点的前提条件下，提升系统的性能是当前丞待解决的问题。
技术实现思路
1、本专利技术针对上述问题提供了一种基于光纤f-p滤波器的量子网络系统，以弥补基于fbg-fc的滤波网络复杂度高、透射峰不稳定以及密钥率低的缺陷，提供一个新颖且高效的量子网络系统。本专利技术采用锁定的光纤f-p滤波器代替fbg-fc，很好的解决了原始滤波网络难以操作以及透射峰不稳定的弊端。此外，该系统通过采用多环多态离散调制，系统的密钥率显著提升。这两种改进系统的操作，为量子网络的实用化提供了切实可行的方案。
2、为达到上述目的本专利技术采用了以下技术方案：
3、本专利技术提供了一种基于光纤f-p滤波器的量子网络系统，包括量子服务器、第一用户模块和第二用户模块；
4、所述量子服务器包括第一激光器，所述第一激光器输出连续光，所述连续光依次经过第一光衰减器、同相正交(in-phase and quadrature，iq)调制器和第一分束器，经所述第一分束器将连续光分为两部分，一部分反馈光被第一探测器接收，另一部分信号光输入第一光滤波器组件，所述第一光滤波器组件包括光环形器、光纤f-p滤波器、第二分束器、第二探测器和第二光衰减器；
5、在所述第一光滤波器组件中，另一部分信号光输入光环形器的第一端口，从光环形器第二端口输出的信号光输入光纤f-p滤波器，将所述光纤f-p滤波器分离的信号光输入第二分束器，所述第二分束器将信号光分为两部分，一部分反馈光被第二探测器接收，另一部分信号光经第二光衰减器和量子信道输入第一用户模块，所述光环形器第三端口输出的信号光经第三光衰减器和量子信道输入第二用户模块；
6、所述第一用户模块和第二用户模块均包括偏振控制模块、第二激光器、第四光衰减器、第三分束器、外差探测器，所述量子信道输出的信号光经偏振控制模块输入第三分束器，所述第二激光器输出llo，所述llo经过第四光衰减器进入第三分束器，在所述第三分束器中信号光和llo进行耦合干涉，得到干涉信号，所述干涉信号进入外差探测器，提取导频信号的频率和相位信息，从而恢复量子信号。
7、进一步，还包括第三用户模块、第四用户模块、第二光滤波器组件和第三光滤波器组件，所述第三用户模块、第四用户模块的结构与第一用户模块相同，所述第二光滤波器组件和第三光滤波器组件的结构与第一光滤波器组件相同，所述光环形器第三端口输出的信号光从第二光滤波器组件中的光环形器第一端口输入，所述第二光滤波器组件中的光衰减器输出信号光经量子信道发送至第三用户模块，所述第二光滤波器组件中的光环形器第三端口输出的信号光从第三光滤波器组件中的光环形器第一端口输入，所述第三光滤波器组件中的光衰减器输出信号光经量子信道发送至第四用户模块，所述第三光滤波器组件中的光环形器第三端口输出的信号光经第三光衰减器和量子信道输入第二用户模块。
8、进一步，所述偏振控制模块包括依次设置的偏振控制器和偏振分束器，用于将信号光偏振态调整到最佳干涉状态。
9、进一步，所述第一用户模块、第二用户模块、第三用户模块和第四用户模块中的第二激光器分别与第一激光器的频率差为200mhz、500mhz、800mhz、1.1ghz。
10、进一步，所述第一激光器是高性能连续单频激光器，其线宽是100hz，波长为1550.12nm。
11、进一步，所述第一光衰减器将连续光的光功率衰减到1mw，所述第二光衰减器将信号光强度衰减到单光子水平，所述第三光衰减器将信号光强度衰减到单光子水平，所述第四光衰减器将llo的光功率衰减到4mw。
12、进一步，所述第一分束器将连续光分为1本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于光纤法布里-珀罗滤波器的量子网络系统，其特征在于，包括量子服务器、第一用户模块和第二用户模块；
2.根据权利要求1所述的一种基于光纤法布里-珀罗滤波器的量子网络系统，其特征在于，还包括第三用户模块、第四用户模块、第二光滤波器组件和第三光滤波器组件，所述第三用户模块、第四用户模块的结构与第一用户模块相同，所述第二光滤波器组件和第三光滤波器组件的结构与第一光滤波器组件相同，所述光环形器(6)第三端口输出的信号光从第二光滤波器组件中的光环形器第一端口输入，所述第二光滤波器组件中的光衰减器输出信号光经量子信道发送至第三用户模块，所述第二光滤波器组件中的光环形器第三端口输出的信号光从第三光滤波器组件中的光环形器第一端口输入，所述第三光滤波器组件中的光衰减器输出信号光经量子信道发送至第四用户模块，所述第三光滤波器组件中的光环形器第三端口输出的信号光经第三光衰减器(11)和量子信道输入第二用户模块。
3.根据权利要求2所述一种基于光纤法布里-珀罗滤波器的量子网络系统，其特征在于，所述偏振控制模块(12)包括依次设置的偏振控制器和偏振分束器，用于将信号光偏振态
4.根据权利要求2所述一种基于光纤法布里-珀罗滤波器的量子网络系统，其特征在于，所述第一用户模块、第二用户模块、第三用户模块和第四用户模块中的第二激光器(13)分别与第一激光器(1)的频率差为200MHz、500MHz、800MHz、1.1GHz。
5.根据权利要求2所述一种基于光纤法布里-珀罗滤波器的量子网络系统，其特征在于，所述第一激光器(1)是高性能连续单频激光器，其线宽是100Hz，波长为1550.12nm。
6.根据权利要求2所述一种基于光纤法布里-珀罗滤波器的量子网络系统，其特征在于，所述第一光衰减器(2)将连续光的光功率衰减到1mW，所述第二光衰减器(10)将信号光强度衰减到单光子水平，所述第三光衰减器(11)将信号光强度衰减到单光子水平，所述第四光衰减器(14)将LLO的光功率衰减到4mW。
7.根据权利要求2所述一种基于光纤法布里-珀罗滤波器的量子网络系统，其特征在于，所述第一分束器(4)将连续光分为10％和90％两部分，10％的反馈光被第一探测器(5)接收，90％的信号光输入第一光滤波器组件，所述第二分束器(8)将信号光分为50％和50％两部分，50％的反馈光被第二探测器(9)接收，50％的信号光经第二光衰减器(10)和量子信道输入第一用户模块。
...【技术特征摘要】
1.一种基于光纤法布里-珀罗滤波器的量子网络系统，其特征在于，包括量子服务器、第一用户模块和第二用户模块；
2.根据权利要求1所述的一种基于光纤法布里-珀罗滤波器的量子网络系统，其特征在于，还包括第三用户模块、第四用户模块、第二光滤波器组件和第三光滤波器组件，所述第三用户模块、第四用户模块的结构与第一用户模块相同，所述第二光滤波器组件和第三光滤波器组件的结构与第一光滤波器组件相同，所述光环形器(6)第三端口输出的信号光从第二光滤波器组件中的光环形器第一端口输入，所述第二光滤波器组件中的光衰减器输出信号光经量子信道发送至第三用户模块，所述第二光滤波器组件中的光环形器第三端口输出的信号光从第三光滤波器组件中的光环形器第一端口输入，所述第三光滤波器组件中的光衰减器输出信号光经量子信道发送至第四用户模块，所述第三光滤波器组件中的光环形器第三端口输出的信号光经第三光衰减器(11)和量子信道输入第二用户模块。
3.根据权利要求2所述一种基于光纤法布里-珀罗滤波器的量子网络系统，其特征在于，所述偏振控制模块(12)包括依次设置的偏振控制器和偏振分束器，用于将信号光偏振态调整到最佳干涉状态。
4.根据权利要求2所述一种基于光纤法布里-珀罗...
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