1.本专利涉及量子通信领域，尤其涉及与多芯光纤经典光网络融合的量子密钥分发光传输系统。该方法主要为基于空分复用和波分复用的经典信号和量子信号共纤传输系统提供低噪声的波长分配方案，能够降低芯间噪声和芯内噪声的干扰。
背景技术：2.量子密钥分发(quantum key distribution,qkd)技术自1984年首次提出后已经取得了重大的进步，比如安全传输距离的提升，目前双场协议的安全传输距离超过600km，并且从实验室光纤的验证走向了实地验证，标志着qkd技术具有巨大的发展潜力。为qkd单独建立量子网络需要投入巨大的光纤成本，不利于qkd的大范围部署与应用，因此将qkd与现有的光网络融合是目前qkd的一个重要发展方向。
3.将qkd与经典光网络融合传输可以节约部署成本，提高传输容量，但是也会带来新的问题。量子信号的功率极低，经典信号产生的噪声对qkd系统性能产生严重影响，如自发拉曼散射噪声和四波混频噪声。同时，随着单芯单模光纤接近其容量极限，对空分复用技术的研究也逐渐提上日程，基于空分复用技术的多芯光纤(multicore fiber,mcf)为光纤容量的提升带来曙光，同时也能提高经典信号和量子信号的传输速率。然而，这样也会带来新的噪声，如芯间串扰噪声，芯间拉曼噪声以及芯间四波混频噪声等。因此，噪声干扰问题依然是空分复用量子密钥分发光传输系统面临的主要问题。
4.目前，针对量子密钥分发光网络已经提出一些波长分配方案，如抑制芯内拉曼散射和芯内四波混频噪声的联合抑制方案，抑制芯间串扰噪声的经典信道-量子信道交织的信道分配方案等。然而，这些信道分配方案只能抑制一类或部分噪声，不能同时抑制空分复用量子密钥分发光网络的所有噪声。同时，也有一些方案将量子信号和经典信号置于不同的波段，虽然降低了噪声干扰，但是会造成波长资源的浪费，不利于推动空分复用量子密钥分发光网络的应用进程。
5.综上所述，目前空分复用量子密钥分发光传输系统亟需一种既可以抑制系统的主要噪声，又可以提高资源利用率的波长分配方法。
技术实现要素：6.本专利针对基于多芯光纤的量子密钥分发与经典光通信共纤传输这一应用场景，设计了一种同时抑制芯内噪声和芯间噪声的波长分配方法，能够在提高波长资源利用率的基础上，降低共纤传输系统中的噪声干扰，提高qkd系统的性能。该方法包含的技术要点为：量子信道等频率间隔分配方案的流程和步骤。
7.在所提方法中，经典信道是等频率间隔分布的。为避免芯间串扰噪声、芯内四波混频噪声以及芯间四波混频的影响，量子信道采取和经典信道交织的方式排布。进一步，量子信道尽可能分布在经典信道的高频侧，用以降低拉曼散射噪声的干扰。如附图1所示，经典
信道分为m个前向经典信道和n个后向经典信道q个量子信道分别为
8.针对所述技术要点具体说明如下：
9.本专利适用的前提是，前向经典信道和后向经典信道分布在不同波段且波段不能重合，如附图1所示，因此考虑两种情况：
10.1)前向经典信道频段低于后向经典信道频段，即1)前向经典信道频段低于后向经典信道频段，即其中t0是经典信道间隔g内含有可选量子信道间隔g的数量，第1个分配量子信道的频率比第n个后向经典信道低(t
0-t)*g(t∈[1,t
0-1])，第2个分配量子信道的频率比第n-1个后向经典信道低(t
0-t)*g，分配后量子信道之间的间隔为g，因此，q个分配的量子信道频率分别为：
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2)后向经典信道频段低于前向经典信道频段，即2)后向经典信道频段低于前向经典信道频段，即第1个分配量子信道的频率比第m个前向经典信道低(t
0-t)*g，第2个分配量子信道的频率比第m-1个前向经典信道低(t
0-t)*g，分配后量子信道之间的间隔为g，因此，q个分配的量子信道频率分别为：
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在量子信道等频率间隔分配方案中，量子信道之间的信道间隔相等，在工程中，便于控制管理层对信道的管控，容易实现。
[0015]
本专利所述方法可以应用于空分复用的量子密钥分发与经典光信号融合传输系统中，能够在保证信道资源利用率低的前提下，有效抑制系统中的主要噪声。通过本方法的实施可以扩展空分复用量子密钥分发光网络的安全传输距离，提高安全密钥率，为量子密钥分发与经典光网络的融合传输奠定基础，加快量子密钥分发的应用化进程。
附图说明
[0016]
附图1为前向经典信道频段低于后向经典信道频段的波长分配示意图。f1:可选量子信道的最低频率；f2:可选量子信道的最高频率；f
1f
：第一个前向经典信道的频率；第m个前向经典信道的频率；f
1b
：第一个后向经典信道的频率；第n个后向经典信道的频率；经典信道之间的频率间隔为g；可选量子信道之间的间隔为g，经典信道和最近的可选量子信道之间的间隔也是g。
[0017]
附图2为量子信道等频率间隔分配方案的实施案例图。
具体实施方式
[0018]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0019]
下面以4个前向经典信道，4个后向经典信道为例进行说明，即m＝4，n＝4。经典信道之间的间隔为200ghz，即g＝200ghz。量子信道的数目为4，量子信道之间的信道间隔为50ghz，即q＝4，t＝4。前向经典信道的频率分别为194.2thz，194.4thz，194.6thz，194.8thz，后向经典信道的频率分别为195.0thz，195.2thz，195.4thz，195.6thz。根据量子信道等频率间隔分配方案的规则，首先选择经典信道之间的信道作为可选量子信道，并且由高频段开始向低频段分配。选择t0＝1，根据公式(1)，即第一个量子信道频率为195.55thz，以此类推，其余三个量子信道频率分别为195.35thz，195.15thz，194.95thz。如附图2所示。
[0020]
通过以上实施例可以看出，在基于多芯光纤的量子密钥分发与经典光信号共纤传输系统中，采取本方法提出的信道分配方案一方面可以有效抑制qkd系统受到的噪声干扰，提高安全密钥率，另一方面可以节约信道资源，提高资源利用率，为量子信号与经典信号共纤传输的应用提供技术支撑。
技术特征：1.一种多芯光纤量子密钥分发系统中抑制噪声的等间隔波长分配方法，目的在于降低量子信道上的芯内噪声和芯间噪声的干扰，量子信道和经典信道交织排布，经典信道之间等频率间隔分布，量子信道之间等频率间隔分布，其特征在于，前向经典信道和后向经典信道分布在不同波段且波段不能重合，分为前向经典信道频段低于后向经典信道频段和后向经典信道频段低于前向经典信道频段两类波长分配方法。2.根据权利要求1所述的一种多芯光纤量子密钥分发系统中抑制噪声的等间隔波长分配方法，其特征在于，所述前向经典信道频段低于后向经典信道频段波长分配方法，m个前向经典信道频段低于n个后向经典信道，即向经典信道频段低于n个后向经典信道，即是第m个前向经典信道的频率，是第1个后向经典信道的频率；对于量子信道，第1个分配量子信道的频率比第n个后向经典信道低(t
0-t)*g(t∈[1,t
0-1])，其中t0是经典信道间隔g内含有可选量子信道间隔g的数量，g和g的关系满足g＝t0*g；第2个分配量子信道的频率比第n-1个后向经典信道低(t
0-t)*g，分配后量子信道之间的间隔为g，以此类推，直至q个量子信道分配结束，分配的q个量子信道频率如下所示：3.根据权利要求1所述的一种多芯光纤量子密钥分发系统中抑制噪声的等间隔波长分配方法，其特征在于，所述后向经典信道频段低于前向经典信道频段波长分配方法，n个后向经典信道频段低于m个前向经典信道，即向经典信道频段低于m个前向经典信道，即是第n个后向经典信道的频率，是第1个前向经典信道的频率；对于量子信道，第1个分配量子信道的频率比第m个前向经典信道低(t
0-t)*g，第二个分配量子信道的频率比第m-1个前向经典信道低(t
0-t)*g，分配后量子信道之间的间隔为g，以此类推，直至q个量子信道分配结束，分配的q个量子信道频率如下所示：
技术总结本发明公开了一种多芯光纤量子密钥分发系统中抑制噪声的等间隔波长分配方法，该方法适用于空分复用量子密钥分发光网络。本方法主要考虑空分复用系统中涉及到的芯内噪声、芯间噪声、前向噪声以及后向噪声等主要噪声，以最小化量子信道上的噪声和最大化安全密钥率为目标，提出量子信道等频率间隔波长分配方案，可以确保在提升信道资源利用率的同时，提高安全密钥率，扩展安全传输距离等。本发明为量子密钥分发与经典光网络的融合传输奠定技术基础，推动量子密钥分发的应用化进程。推动量子密钥分发的应用化进程。推动量子密钥分发的应用化进程。
技术研发人员：孙咏梅 孔维文 高耀先 纪越峰
受保护的技术使用者：北京邮电大学
技术研发日：2022.03.03
技术公布日：2022/7/5
