[发明专利]基于单根光纤的TF-QKD网络及方法

权利要求书

1.一种基于单根光纤的TF-QKD网络，其包括Alice端、Bob端、Charlie端、经典信道和一个光纤信道；其中，

所述Alice端和Bob端包括光源、量子态编码模块、波长校准模块、时钟控制模块和第一光开关；

所述Charlie端包括量子态干涉测量模块、时钟控制模块和第二光开关；

所述光源用于生成并输出光信号；

所述量子态编码模块被设置用于对所述光信号进行量子态编码，生成并输出量子信号；

所述波长校准模块被设置用于利用所述光信号生成并输出波长参考信号，用于所述Alice端和Bob端之间的波长/频率校准；

所述量子态干涉测量模块被设置用于使所述量子信号发生干涉，并生成和输出干涉测量结果；

所述时钟控制模块包括原子钟，且被设置用于基于所述原子钟，以及所述Alice端和Bob端的量子态编码模块输出的信号到达所述Charlie端的时间延迟，实现所述Alice端、Bob端及Charlie端之间的时间同步；

所述第一光开关被设置用于在使所述光纤信道连接所述量子态编码模块以及使所述光纤信道连接所述波长校准模块之间进行切换；

所述第二光开关被设置用于在使所述光纤信道接入所述Charlie端以及使所述光纤信道连接所述Alice端和Bob端之间进行切换。

2.如权利要求1所述的TF-QKD网络，其中：

所述光源为超稳光源；以及/或者，

所述波长校准模块被设置成将本地的波长参考信号与对端的波长参考信号进行拍频干涉以获取波长差信息，并基于所述波长差信息控制所述光源的波长/频率。

3.如权利要求2所述的TF-QKD网络，其中，所述光源为超稳激光器，并且/或者所述光源具有1E-15量级的频率稳定度。

4.如权利要求1所述的TF-QKD网络，其中，所述Alice端、Bob端和Charlie端中的原子钟经GPS校准。

5.如权利要求1所述的TF-QKD网络，其还包括设置于所述光纤信道中的一个或多个中继节点；

所述中继节点包括第三光开关和放大器，其中，所述第三光开关被设置用于在将所述放大器接入所述光纤信道以及不将所述放大器接入所述光纤信道之间进行切换。

6.如权利要求5所述的TF-QKD网络，其中，所述放大器为双向EDFA。

7.一种基于单根光纤的TF-QKD方法，其包括波长/频率校准步骤、同步步骤及TF-QKD步骤，其中：

Alice、Bob和Charlie端中设置有原子钟，且借助同一光纤信道在所述Alice、Bob和Charlie端之间传输量子信号、波长参考信号和测试信号；

在所述波长/频率校准步骤中，通过控制光开关使所述波长参考信号通过所述光纤信道在所述Alice端和Bob端之间传输，以便基于所述波长参考信号对所述Alice和Bob端进行波长/频率校准；

在所述同步步骤中，通过控制光开关使所述测试信号和/或量子信号通过所述光纤信道在所述Alice端与所述Charlie端之间和所述Bob端与所述Charlie端之间传输，以便基于所述原子钟，以及所述量子信号和/或测试信号到达所述Charlie端的时间延迟，实现所述Alice、Bob和Charlie端之间的时间同步；

在所述TF-QKD步骤中，通过控制光开关使所述量子信号通过所述光纤信道在所述Alice端与所述Charlie端之间和所述Bob端与所述Charlie端之间传输，以便基于所述量子信号生成量子密钥。

8.如权利要求7所述的TF-QKD方法，其中，在所述光纤信道中设置一个或多个中继节点；并且，

在所述波长/频率校准步骤中，还包括通过控制光开关，使所述波长参考信号在所述中继节点中得到放大的步骤。