[发明专利]一种量子经典融合传输的噪声处理系统及噪声处理方法

说明书

本发明公开了一种量子经典融合传输的噪声处理系统，包括发送方、接收方、第一DWDM和第二DWDM；所述发送方、第一DWDM、第二DWDM和接收方通过光纤依次连接，用于信号传输；所述发送方配置为n个发送端，接收方配置为n个接收端；发送方和接收方所用波分复用器DWDM信道等间隔分配波长，数据信号分配于较高波段、量子信号分配于较低波段，同步信号分配于数据信号和量子信号之间。这种分配方式可减少强经典信号对量子信号的噪声干扰。且量子信号分配于较低波段，减少了量子信号受到的拉曼噪声。同时，第二DWDM与接收方之间设置滤波器，进一步减少相邻信道的串扰。本系统在一定密钥率的条件下，可最大化的支持更多用户数量。

技术领域

本发明涉及量子信息与光通信技术领域，涉及一种量子与经典融合传输系统及噪声处理方法。

背景技术

量子密钥分发是利用量子力学特性来保证通信安全性。它能够使通信双方产生并分享一个随机且安全的密钥。量子密钥分发的一个最重要也是最独特的性质是：如果有第三方试图窃听，则通信的双方便会察觉。这种性质基于量子力学的基本原理：任何对量子系统的测量都会对系统产生干扰。第三方试图窃听密码，必须用某种方式测量它，而这些测量就会带来可察觉的异常。通过量子叠加态或量子纠缠态来传输消息，通信系统便可以检测是否存在窃听，当窃听概率低于阈值时，就可以产生理论上无条件安全的密钥。

为了避免经典强光信号对单光子水平的量子信号产生干扰，往往把量子信号和经典信号在不同的光纤中传输。这种方式虽然有效的避免了经典光对量子光的干扰，但铺设光纤链路所需的成本大大增加。所以，在光纤通信中，密集波分复用(DWDM，DenseWavelength Division Multiplexing)：即能够在同一光纤上传输多个光信号，成为同时传输量子信号和经典数据信号的有吸引力的技术之一。

然而，在基于DWDM的量子与经典融合传输的系统中，由于光与介质等的相互作用及不同频率的光之间的相互作用，会在信道中产生一定的背景噪声，如拉曼散射、四波混频、瑞利散射、布里渊散射等。因为经典信号光较强，产生大的噪声不会对经典信号产生较大的影响，因此对经典信号的来说受到的干扰可以忽略不计。但是量子信号较弱，产生的背景噪声会严重影响到量子信号的质量。尤其是四波混频和拉曼散射。有效的减少甚至消除拉曼散射和四波混频是目前需要解决的问题。

四波混频是光纤中不同频率的光波在非线性材料中交会时，有可能产生新频率光波的一种非线性效应。假设信道中三个光波的频率分别为f_i、f_j、f_k(k≠i,j)，则四波混频产生的新频率为f_ijk＝f_i+f_j-f_k(1)；

由公式(1)可以看出，对于等频率信道间隔的DWDM系统，四波混频产生的新频率分量将与信号频率重叠，尤其是对于量子信号会引入很大的干扰。严重影响QKD的性能。

中国专利公开号CN111245514A公开了一种量子-经典信号共纤传输型QKD系统发射装置，该专利提到消除共纤传输时四波混频噪声对QKD系统影响的方案，该方案是根据四波混频效应，当两束泵浦光的偏振方向相同，且与信号光的偏振垂直时，由四波混频效应新产生的闲频光的强度最小为零。在同步信号发送端和数据信号发送端分别连接偏振调节器，使同步信号和数据信号光在出射时偏振方向旋转90°。但在实际系统中，同步信号光、经典信号光、量子信号光来自于不同的激光器，他们的偏振方向不一定相同。同步信号光、经典信号光经环形器旋转90°后，与量子信号光之间的夹角也不一定是90°，从而降低了实用性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单的量子经典融合传输的噪声处理系统，实现准确抑制由经典信号引起的四波混频噪声，并减少拉曼散射和相邻信道的串扰。该方案易于实现，具有实用性强的优点。

为了实现上述目的，本发明提供了一种量子经典融合传输的噪声处理系统，具体技术方案如下：