一种支持波分复用和时分复用的光量子转发方法及装置

本发明涉及量子组网，具体地，涉及一种支持波分复用和时分复用的光量子转发方法及装置。

背景技术：

1、量子网络可以向用户提供超出经典网络的一些服务和应用，例如量子密钥分发、高精度量子时间同步、分布式量子计算和传感。近年来，7200km的星地可信中继网络、基于城域的用户全连接量子纠缠分发网络以及可配置的量子纠缠分发网络已在实验中被成功验证，现在的量子互联网络已经从可信中继网络发展至纠缠分发网络阶段。

2、现有的量子组网方案主要基于波分复用和时分复用技术，基于时分复用的量子组网主要由光开关进行配置，通过控制光开关选择输出量子信号的输出端口，从而实现用户接收端的切换；基于波分复用的量子组网以波分复用器或波长选择开关为核心组件，将宽频的量子光信息根据波长拆分为多个信道输出；特别地，波长选择开关在将宽频量子光进行拆分为多个信道的同时，可以配置不同的波长信道至相应的输出端口，从而同时实现波分复用和时分复用；然而，现有的波长选择开关和波分复用器件的设计多为“1口进多口出”的模式，无法同时兼容量子纠缠分发和端到端的量子通信应用，而基于光开关的量子组网方案，则无法满足组网中波分复用的需求。因此，为了能够满足量子网络中纠缠分发和端到端等多种应用的组网需求，亟需设计一种支持波分复用和时分复用的光量子转发方法与装置。

技术实现思路

1、本发明提供一种支持波分复用和时分复用的光量子转发方法及装置，解决了现有技术中基于波长选择开关和波分复用器件的设计无法同时兼容量子纠缠分发和端到端的量子通信应用，而基于光开关的量子组网方案无法满足组网中波分复用的需求等问题，能够对输入的光量子进行波分复用和时分复用的动态配置；能够同步支持端到端的量子应用组网，配置更加灵活，应用场景更加广阔。

2、为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

3、作为本发明的一个方面，提供了一种支持波分复用和时分复用的光量子转发装置，包括波长动态重组模块、信道切换模块以及控制模块；所述控制模块分别与所述波长动态重组模块、所述信道切换模块数据控制连接；所述波长动态重组模块与所述信道切换模块光路连接。

4、作为本发明上述方面的一种支持波分复用和时分复用的光量子转发装置，其中波长动态重组模块包括m+1个波分复用器d0,d1,l,dm以及m个对通光开关s1,s2,l,sm；其中，所述波分复用器d0,d1,l,dm均有m分束信道ch1,ch2,l,chm，所述对通光开关s1,s2,l,sm均包括一个输入口和m个输出口，m,k≥1。

5、作为本发明上述方面的一种支持波分复用和时分复用的光量子转发装置，其中波分复用器d0的波长分束信道ch1,ch2,l,chm分别连接至所述对通光开关s1,s2,l,sm的输入口；所述对通光开关si的m个输出口l,分别连接至所述波分复用器d1,l,dm的chi信道端口，i＝1,2,l,m。

6、作为本发明上述方面的一种支持波分复用和时分复用的光量子转发装置，其中信道切换模块由一个全通光开关s0组成，所述全通光开关s0包括m+k+1个端口，所述全通光开关s0支持m+k+1端口中任意两端口之间的光路连通。

7、作为本发明上述方面的一种支持波分复用和时分复用的光量子转发装置，其中m+k+1个端口包括前部的m+1个端口l,和后部的k个端口l,所述前部的m+1个端口l,分别与波分复用器d0,d1,l,dm的合束端口分别连接。

8、作为本发明上述方面的一种支持波分复用和时分复用的光量子转发装置，还包括对外设置的k个连接光口，所述的k个连接光口分别与所述后部的k个端口l,对应连接。

9、作为本发明上述方面的一种支持波分复用和时分复用的光量子转发装置，其中控制模块包括控制器，所述控制器分别与所述全通光开关s0、所述对通光开关s1,s2,l,sm数据控制连接。

10、作为本发明的另一个方面，提供了一种支持波分复用和时分复用的光量子转发方法，包括以下步骤：

11、s1.在波长动态重组模块中，以m+1个波分复用器d0,d1,l,dm和m个对通光开关s1,s2,l,sm为基本光路组件，实现波长的动态分配和波长重组；

12、s2.在信道切换模块中，采用全通光开关对波长动态重组模块的输出进行信道切换，并对外提供接口，实现波分复用和时分复用的同时兼容；

13、s3.采用控制模块接收外部控制指令，并将相应的指令解析下发至光开关进行配置，获得相应的光路配置。

14、作为本发明上述方面的一种支持波分复用和时分复用的光量子转发方法，其中s1包括以下具体步骤：

15、s11.m个对通光开关s1,s2,l,sm控制波分复用器d0的波长信道的传输路径，从而实现波长的动态分配；

16、s12.以波分复用器d0,d1,l,dm的多波长合束实现波长重组功能。

17、采用上述技术方案，本发明具有以下优点：

18、本发明的目的在于提供一种支持波分复用和时分复用的光量子转发方法及装置，以光开关和波分复用器为基本光路组件，以每个光开关控制一个波分复用器的波长信道的传输路径，从而实现波长的动态分配，以波分复用器的多波长合束功能实现波长重组功能；采用全通光开关对波长动态重组模块的输出进行信道切换，并对外提供接口，实现波分复用和时分复用的同时兼容；采用控制模块接收外部控制指令，并将相应的指令解析下发至光开关进行配置，获得相应的光路配置，能够对输入的光量子进行波分复用和时分复用的动态配置；能够同步支持端到端的量子应用组网，例如端到端的量子直接通信、端到端的量子时间同步和端到端的量子密钥分发等；同时支持基于波分复用的量子纠缠分发组网，可以应用于多应用场景的量子互联网络中，相比于现有光量子转发方案能够同时支持量子纠缠分发应用和端到端的量子应用，本发明配置更加灵活，应用场景更广阔。

技术特征：

1.一种支持波分复用和时分复用的光量子转发装置，其特征在于，包括波长动态重组模块、信道切换模块以及控制模块；所述控制模块分别与所述波长动态重组模块、所述信道切换模块数据控制连接；所述波长动态重组模块与所述信道切换模块光路连接。

2.根据权利要求1所述的一种支持波分复用和时分复用的光量子转发装置，其特征在于，所述波长动态重组模块包括m+1个波分复用器d0,d1,l,dm以及m个对通光开关s1,s2,l,sm；其中，所述波分复用器d0,d1,l,dm均有m分束信道ch1,ch2,l,chm，所述对通光开关s1,s2,l,sm均包括一个输入口和m个输出口，m,k≥1。

3.根据权利要求2所述的一种支持波分复用和时分复用的光量子转发装置，其特征在于，所述波分复用器d0的波长分束信道ch1,ch2,l,chm分别连接至所述对通光开关s1,s2,l,sm的输入口；所述对通光开关si的m个输出口分别连接至所述波分复用器d1,l,dm的chi信道端口，i＝1,2,l,m。

4.根据权利要求3所述的一种支持波分复用和时分复用的光量子转发装置，其特征在于，所述信道切换模块由一个全通光开关s0组成，所述全通光开关s0包括m+k+1个端口，所述全通光开关s0支持m+k+1端口中任意两端口之间的光路连通。

5.根据权利要求4所述的一种支持波分复用和时分复用的光量子转发装置，其特征在于，所述m+k+1个端口包括前部的m+1个端口和后部的k个端口所述前部的m+1个端口分别与波分复用器d0,d1,l,dm的合束端口连接。

6.根据权利要求5所述的一种支持波分复用和时分复用的光量子转发装置，其特征在于，还包括对外设置的k个连接光口，所述的k个连接光口分别与所述后部的k个端口对应连接。

7.根据权利要求6所述的一种支持波分复用和时分复用的光量子转发装置，其特征在于，所述控制模块包括控制器，所述控制器分别与所述全通光开关s0、所述对通光开关s1,s2,l,sm数据控制连接。

8.一种支持波分复用和时分复用的光量子转发方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的一种支持波分复用和时分复用的光量子转发方法，其特征在于，所述s1包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了量子组网技术领域的一种支持波分复用和时分复用的光量子转发方法及装置，该支持波分复用和时分复用的光量子转发装置包括波长动态重组模块、信道切换模块以及控制模块；控制模块分别与波长动态重组模块、信道切换模块数据控制连接；波长动态重组模块与信道切换模块光路连接。该支持波分复用和时分复用的光量子转发装置同时支持基于波分复用的量子纠缠分发组网，并可以应用于多应用场景的量子互联网络中。相比于现有光量子转发方案，该光量子转发装置能够同时支持量子纠缠分发应用和端到端的量子应用，配置更加灵活，应用场景更加广阔。

技术研发人员：刘博,虞万荣,唐帮盈,徐博,刘波,周涵,李斯晨,翟永平
受保护的技术使用者：中国人民解放军国防科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11