[发明专利]基于M‑Z干涉仪的多用户QKD网络系统及其密钥分发方法

权利要求书

1.基于M-Z干涉仪的多用户QKD网络系统，其特征在于，包括网状型网络结构单元与N个M-Z型量子密钥分发单元，所述网状型网络结构单元包括公用光纤、波长路由装置和专用光纤，任一波长路由装置的一个端口连接一条公用光纤，且其通过所述专用光纤分别与其他波长路由装置一一对应连接；

所述N个M-Z型量子密钥分发单元通过所述公用光纤分别与网状型网络结构单元连接，所述M-Z型量子密钥分发单元用于实现量子信号编码与解码，既可作为发送端也可作为接收端；

任意一个作为发送端的M-Z型量子密钥分发单元输出的脉冲组经过与其相连的公用光纤输入到对应的波长路由装置中，然后通过所述专用光纤传输到其他的波长路由装置及其对应公用光纤，最后输出到其他作为接收端的M-Z型量子密钥分发单元中。

2.如权利要求1所述的基于M-Z干涉仪的多用户QKD网络系统，其特征在于，所述M-Z型量子密钥分发单元包括依次连接的多波长脉冲产生装置、可变光衰减器、环形器和非等臂M-Z干涉仪，还包括与所述环形器连接的第一多波长单光子探测器和与所述非等臂M-Z干涉仪连接的第二多波长单光子探测器。

3.如权利要求2所述的基于M-Z干涉仪的多用户QKD网络系统，其特征在于，所述非等臂M-Z干涉仪包括依次连接的第一耦合器、第二耦合器、长臂光纤和短臂光纤，所述长臂光纤上设有相位调制器；所述长臂光纤连接于所述第一耦合器与第二耦合器之间，所述短臂光纤连接于所述第一耦合器与第二耦合器之间；

所述第一耦合器与所述环形器连接，所述第一耦合器与所述第二多波长单光子探测器连接；

所述第二耦合器与所述公用光纤连接。

4.如权利要求2所述的基于M-Z干涉仪的多用户QKD网络系统，其特征在于，所述多波长脉冲产生装置包括单光源多波长脉冲激光器和波长选择器，所述单光源多波长脉冲激光器输出的脉冲组经过所述波长选择器选择后，输入到所述可变光衰减器中。

5.根据权利要求2所述的基于M-Z干涉仪的多用户QKD网络系统，其特征在于，所述第一多波长单光子探测器和第二多波长单光子探测器采用可探测多个波长的集成单光子探测技术。

6.根据权利要求2所述的基于M-Z干涉仪的多用户QKD网络系统，其特征在于，所述波长路由装置为波分复用器、阵列波导光栅、布拉格光栅或者波长选择开关。

7.基于M-Z干涉仪的多用户QKD的密钥分发方法，其特征在于，包括使用如权利要求2-6任一一项所述的基于M-Z干涉仪的多用户QKD网络系统，其操作步骤如下：

S1.系统初始化：检查所述基于M-Z型的量子密钥分发网络系统是否运行正常，设定初始条件；

S2.系统噪声测试：在所述多波长脉冲产生装置不发射脉冲之前，测试所述基于M-Z型的量子密钥分发网络系统的噪声水平；

S3.相位补偿测试：由所述多波长脉冲产生装置发射脉冲组，系统完成光子统计计数实时监测与反馈,对由复杂环境中震动引起的相位漂移检测并自动跟踪补偿；

S4.非等臂M-Z干涉仪光纤长度测试及传输链路长度测设：由所述多波长脉冲产生装置发射脉冲组，脉冲组经过所述非等臂M-Z干涉仪的长臂光纤和短臂光纤进行分束到合并出射时的时间差，由此确定所述非等臂M-Z干涉仪中长臂光纤和短臂光纤的光纤长度；然后根据M-Z型量子密钥分发单元到达网状型网络结构单元的距离，确定所述公用光纤的长度；再根据所述网状型网络结构单元内各波长路由装置之间的距离关系确定所述专用光纤的长度；

S5.密钥发送：所述多波长脉冲产生装置产生脉冲组，每次发送一定数目由脉冲组串组成的帧，并由所述M-Z型量子密钥分发单元调制并衰减到单光子水平后再发送到所述非等臂M-Z干涉仪进行同一相位信息的加载；其中调制脉冲所需的电压与多波长脉冲产生装置产生的帧随机码相对应，作为各用户基矢的选择，各M-Z型量子密钥分发单元的用户依据各自编码需要，选择不同的相位调制脉冲相位；

S6.密钥筛选与成码：作为接收端的M-Z型量子密钥分发单元记录多波长探测装置的探测响应事件，与作为发送端的M-Z型量子密钥分发单元公开比对基，形成筛选密钥；然后在筛选密钥中随机挑选一些数据，判断是否存在窃听，判断之后，剔除筛选数据，再次对剩余的数据进行数据协调与密性放大，得到最终的安全密钥；对安全密钥进行优先权设定。