一种基于5G通信的量子密钥分发系统的制作方法

本技术涉及5g通信网络与量子通信设备领域，具体涉及一种基于5g通信的量子密钥分发系统。

背景技术：

1、随着5g时代和通信网络ip化来临，各式各样的5g设备已然活跃各个行业中，技术革新影响着我们生活的各个方面。随之而来的物联网、云平台及5g智能应用等模式以及量子密码等新一代商用密码将得到大规模的推广与应用。当互联网与生活愈密切，信息和通信安全便愈加紧要，量子通信是基于量子力学的基本原理建立的，具有对传统产业重构安全颠覆性影响，是保卫5g时代信息与ip化通信安全的重要利器。

2、自量子密钥分发协议(qkd)诞生以来，无论从理论、实验还是实际应用中都取得了阶段性成果，已从最初纯粹的理论阶段发展到应用阶段。量子密钥分发(qkd)可使远程双方安全地交换密钥，尽管理论上已经证明量子密钥分发技术具有无条件安全性，在用实际设备集成和器件实现时，却仍然存潜在通信系统的安全性风险，无法忽视各种各样的设备缺陷。

3、mdi-qkd(测量设备无关量子密钥分发)是一种高安全性的量子通信协议，通过消除测量设备的潜在漏洞，确保通信双方安全地生成和共享密钥。自提出以来，该协议在理论上，不断优化、提高其安全性和距离限制。在实验上，已经实现了多种场景下的mdi-qkd实验，包括长距离光纤通信、自由空间通信和多用户通信等，此外，还被纳入到多个标准化组织中，成为量子通信领域的重要协议之一。mdi-qkd协议允许光子在自由空间中传递，光子在自由空间中具有低于在光纤信道中的损耗，也避免了因地面构造复杂而难以铺设远距离符合量子通信标准的光纤信道，能够节省成本，进一步提高了量子通信系统的实用性。2022年联通产业互联网(广东)有限公司、北京邮电大学、广东国腾量子科技有限公司等联合成立工信部5g密码可信应用联合实验室。

4、随着各类qkd方案趋于成熟并进入推广期，以及片上集成化技术、系统级封装技术和硅光子集成电路的发展，qkd的集成化成为了qkd的一个重点研究领域，而小尺寸的量子芯片使得qkd能够应用于各类小型通讯器件中，小型化、芯片化是qkd与5g通讯设备结合的前提。

5、现有的将5g网络与量子网络融合的技术大多是将密钥存储在云端，在用户进行身份认证后将密钥通过经典信道传至用户端，在这个过程中，窃听者很容易通过经典信道截获从云端下发的密钥，使得通信安全难以保证。

技术实现思路

1、本实用新型为了解决现有的将5g网络与量子网络融合的技术难以保证通信安全问题，提出了一种基于5g通信的量子密钥分发系统。

2、为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案如下：

3、一种基于5g通信的量子密钥分发系统，包括5g通讯设备、云端服务器和密钥管理模块；其中，所述5g通讯设备通过5g信道与云端服务器连接，云端服务器通过5g信道与密钥管理模块连接；所述5g通讯设备搭载有量子芯片，所述量子芯片通过量子信道与密钥管理模块连接。

4、上述方案中，通过在5g通讯设备中搭载量子芯片，将5g通信和量子通信紧密结合，使通信更便捷、更安全；而且通过高度集成的量子芯片技术，实现板载到智能手机等5g通讯设备上，大大拓宽了量子密钥分发的使用场景。

5、优选的，所述量子芯片集成有激光光源、m-z干涉仪和可调光衰减器；

6、所述激光光源的输出端与m-z干涉仪的输入端连接，m-z干涉仪的输出端与可调光衰减器的输入端连接，可调光衰减器的输出端通过量子信道与密钥管理模块连接。

7、优选的，所述量子芯片还集成有第一时钟信号模块；所述第一时钟信号模块外接5g网络，第一时钟信号模块的输出端与激光光源的输入端连接。

8、优选的，所述m-z干涉仪包括第一多模干涉耦合器、第二多模干涉耦合器和相位调制器；

9、所述激光光源的输出端与第一多模干涉耦合器的输入端连接，第一多模干涉耦合器的第一输出端与第二多模干涉耦合器的第一输入端连接，第一多模干涉耦合器的第二输出端通过相位调制器与第二多模干涉耦合器的第二输入端连接，第二多模干涉耦合器的输出端与可调光衰减器的输入端连接。

10、优选的，所述m-z干涉仪还包括量子随机数发生器；所述量子随机数发生器的输出端与相位调制器的输入端连接。

11、优选的，所述第一多模干涉耦合器的第一输出端与第二多模干涉耦合器的第一输入端通过延时线路连接。

12、优选的，所述密钥管理模块包括量子网关、密钥管理终端和探测端；

13、所述云端服务器通过量子网关与密钥管理终端连接；量子芯片的输出端通过量子信道与探测端的输入端连接，探测端的输出端与密钥管理终端的输入端连接。

14、优选的，所述探测端包括分束器、第一单光子探测器和第二单光子探测器；

15、所述量子芯片的输出端通过量子信道与分束器的输入端连接，分束器的输出端分别与第一单光子探测器的输入端、第二单光子探测器的输入端连接。

16、优选的，所述探测端还包括时间采集装置和第二时钟信号模块；

17、所述第一单光子探测器的输出端、第二单光子探测器的输出端、第二时钟信号模块的输出端分别与时间采集装置的输入端连接，时间采集装置的输出端与密钥管理终端的输入端连接。

18、优选的，所述第一单光子探测器、第二单光子探测器均采用雪崩单光子探测器。

19、本实用新型有益的技术效果：

20、本实用新型提供了一种基于5g通信的量子密钥分发系统，通过在5g通讯设备中搭载量子芯片，将5g通信和量子通信紧密结合，使通信更便捷、更安全；而且通过高度集成的量子芯片技术，实现板载到智能手机等5g通讯设备上，大大拓宽了量子密钥分发的使用场景。

技术特征：

1.一种基于5g通信的量子密钥分发系统，其特征在于，包括5g通讯设备、云端服务器和密钥管理模块；其中，所述5g通讯设备通过5g信道与云端服务器连接，云端服务器通过5g信道与密钥管理模块连接；所述5g通讯设备搭载有量子芯片，所述量子芯片通过量子信道与密钥管理模块连接；

2.根据权利要求1所述的一种基于5g通信的量子密钥分发系统，其特征在于，所述量子芯片还集成有第一时钟信号模块；所述第一时钟信号模块外接5g网络，第一时钟信号模块的输出端与激光光源的输入端连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于5g通信的量子密钥分发系统，其特征在于，所述m-z干涉仪包括第一多模干涉耦合器、第二多模干涉耦合器和相位调制器；

4.根据权利要求3所述的一种基于5g通信的量子密钥分发系统，其特征在于，所述m-z干涉仪还包括量子随机数发生器；所述量子随机数发生器的输出端与相位调制器的输入端连接。

5.根据权利要求3所述的一种基于5g通信的量子密钥分发系统，其特征在于，所述第一多模干涉耦合器的第一输出端与第二多模干涉耦合器的第一输入端通过延时线路连接。

6.根据权利要求1所述的一种基于5g通信的量子密钥分发系统，其特征在于，所述探测端还包括时间采集装置和第二时钟信号模块；

7.根据权利要求1所述的一种基于5g通信的量子密钥分发系统，其特征在于，所述第一单光子探测器、第二单光子探测器均采用雪崩单光子探测器。

技术总结
本技术公开了一种基于5G通信的量子密钥分发系统，包括5G通讯设备、云端服务器和密钥管理模块；其中，所述5G通讯设备通过5G信道与云端服务器连接，云端服务器通过5G信道与密钥管理模块连接；所述5G通讯设备搭载有量子芯片，所述量子芯片通过量子信道与密钥管理模块连接。本技术公开了一种基于5G通信的量子密钥分发系统，通过在5G通讯设备中搭载量子芯片，将5G通信和量子通信紧密结合，使通信更便捷、更安全；而且通过高度集成的量子芯片技术，实现板载到智能手机等5G通讯设备上，大大拓宽了量子密钥分发的使用场景，有助于推进QKD在5G量子网络与商用密码应用。

技术研发人员：吴俊森,郭邦红,谢欢文
受保护的技术使用者：广东国腾量子科技有限公司
技术研发日：20231227
技术公布日：2025/1/13