Схема подключения устройств квантового распределения ключей с недоверенным центральным узлом типа "звезда" (варианты) Российский патент 2025 года по МПК H04B10/70 H04L9/08 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Изобретение относится к электрооптическим средствам телекоммуникационного оборудования и может быть использовано при построении сетей квантового распределения ключей с недоверенным центральным узлом типа «звезда».

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] В работах [1, 2], посвященных описанию сетей квантового распределения ключей (КРК), рассматривалась сеть, часть которой была построена по протоколу КРК с недоверенным центральным узлом (КРК НЦУ). Передатчики подключались к НЦУ через оптический переключатель, позволяющий включать устройства в формате 2×N, где N количество подключаемых передатчиков. Недостаток такого способа подключения состоит в технологической сложности оптических переключателей 2×N, если N превышает несколько десятков, что влечет за собой высокую стоимость таких переключателей. В данной работе предлагаются способы построения сетей КРК НЦУ типа «звезда» с использованием технологически более доступных переключателей 1×2, 2×2 и 1×N.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0003] В стандартных телекоммуникационных сетях обычно нет ограничений на минимальное количество передающих блоков, поэтому реализовать (полностью оптическую) сеть типа «звезда» можно достаточно просто с помощью оптических переключателей 1×N, где общий выход находится на стороне сервера. В системе КРК НЦУ минимальное количество передающих блоков равно двум, и центральный узел должен иметь два оптических входа, поэтому реализовать «звезду» с помощью только оптических переключателей 1×N нельзя. Одним из решений является использование оптических переключателей 2×N, однако, они отличаются значительно большей технологической сложностью, чем переключатели 1×N. Кроме того, переключатели 2×N обязательно должны быть активными, т.е. иметь возможность произвольным образом перенаправлять входные оптические сигналы в один из выходных портов (обычно это реализуется при помощи технологии микроэлектромеханических систем).

[0004] Сеть КРК НЦУ типа «звезда» можно построить и без переключателей 2×N. Для этой цели можно воспользоваться парой переключателей 1×N, дополнительно внеся между ними и передающими блоками переключатели 1×2, как это показано на Фиг. 2. (Можно также использовать переключатели 2×2, как это показано на Фиг. 1, или даже 4×2, 6×2 и т.д.). Такой способ подключения обладает тем преимуществом, что не требует сложных, с технологической точки зрения, микроэлектромеханических переключателей 2×N, так как переключатели 1×N вообще можно сделать пассивными (на светоделителях). Недостатком такой схемы является необходимость соединения каждого оптического блока с НЦУ двумя оптическими каналами, однако, оба канала могут находиться в одном и том же кабеле или даже в одном и том же оптоволокне, если использовать мультиплексирование.

[0005] Технический результат заключается в создании ранее не встречавшейся в литературе архитектуры сети КРК НЦУ типа «звезда» с использованием переключателей 1×2 и 1×N (или 2×2 и 1×N), которая позволяет использовать пассивные переключатели 1×N, что делает оптическую схему сети более простой с технологической точки зрения.

[0006] Заявленный технический результат в первом варианте достигается за счет реализации схемы сети квантового распределения ключей (КРК) с недоверенным центральным узлом (НЦУ) типа «звезда», содержащей соединенные квантовым каналом НЦУ и 2N передающих блока (ПБ), которые отправляют на НЦУ квантовые сигналы, представляющие собой одиночные фотоны или слабые когерентные состояния, причем схема содержит N оптических переключателей 2×2, каждый из которых соединен с двумя ПБ, и два переключателя 1×N, соединяющих переключатели 2×2 с НЦУ, где N - натуральное число.

[0007] Заявленный технический результат во втором варианте достигается за счет реализации схемы сети квантового распределения ключей (КРК) с недоверенным центральным узлом (НЦУ) типа «звезда», содержащей соединенные квантовым каналом НЦУ и N передающих блока (ПБ), которые отправляют на НЦУ квантовые сигналы, представляющие собой одиночные фотоны или слабые когерентные состояния, причем схема содержит N оптических переключателей 1×2, каждый из которых связан с соответствующим ПБ, и два оптических переключателя 1×N, соединяющих переключатели 1×2 с НЦУ, где N - натуральное число.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0008] В графических материалах использованы следующие обозначения: НЦУ -недоверенный центральный узел, ПБ передающий блок.

[0009] На Фиг. 1 показана схема сети КРК НЦУ типа «звезда» с оптическими переключателями 2×2 и 1×N.

[0010] На Фиг. 2 показана схема сети КРК НЦУ типа «звезда» с оптическими переключателями 1×2 и 1×N.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0011] Схема квантовой сети КРК НЦУ типа «звезда» позволяет устанавливать связь между НЦУ и двумя произвольными передающими блоками (ПБ), отправляющими на НЦУ квантовые сигналы (одиночные фотоны или слабые когерентные состояния). В одном частном примере реализации, показанном на Фиг. 1, в состав схемы КРК НЦУ в квантовой сети типа «звезда» входят 2N передающих блока, N оптических переключателей 2×2 и два переключателя 1×N. В другом частном примере реализации, показанном на Фиг. 2, схема «звезды» состоит из N передающих блоков, N оптических переключателей 1×2 и двух оптических переключателей 1×N.

[0012] В случае схемы подключения на Фиг. 1 к каждому оптическому переключателю 2×2 подключаются два передающих блока. Оптический переключатель 2×2 перенаправляет служебный канал синхронизации и квантовый канал передатчиков на переключатели 1×N, и после этого они сопрягаются с НЦУ. Общее количество подключаемых устройств в такой схеме равно 2N.

[0013] В случае схемы подключения на Фиг. 2 каждый передающий блок подключается к отдельному оптическому переключателю, каждый из которых, в свою очередь подключается к двум оптическим переключателям 1×N, сопряженным с НЦУ. Данная схема допускает подключение N передатчиков в состав квантовой сети.

Источники информации:

1. Chen Y.A. et al. An integrated space-to-ground quantum communication network over 4,600 kilometres // Nature. 2021. Vol. 589, №7841. P. 214-219.

2. Li Dongdong, Tang Yanlin, Liu Jianhong, inventor; QuantumCtek Co Ltd., Anhui Quantum Communication Technology Co Ltd, assignee. MDI-QKD network communication system and communication method, CN 110620653 A, 2019 Dec 27.

Изобретение относится к электрооптическим средствам телекоммуникационного оборудования и может быть использовано при построении сетей квантового распределения ключей (КРК) с недоверенным центральным узлом (НЦУ) типа «звезда». Технический результат заключается в упрощении оптической схемы сети. В первом варианте схема сети КРК НЦУ типа «звезда» содержит соединенные квантовыми каналами НЦУ и 2N передающих блоков (ПБ), которые отправляют на НЦУ квантовые сигналы, представляющие собой одиночные фотоны или слабые когерентные состояния, причем схема позволяет использовать пассивные оптические переключатели 1×N и содержит N оптических переключателей 2×2, где N - натуральное число, каждый из которых соединен с двумя ПБ, и два переключателя 1×N, которые соединяют переключатели 2×2 с НЦУ. Во втором варианте схема сети КРК с НЦУ типа «звезда» содержит соединенные квантовым каналом НЦУ и N передающих блока (ПБ), которые отправляют на НЦУ квантовые сигналы, представляющие собой одиночные фотоны или слабые когерентные состояния, причем схема содержит N оптических переключателей 1×2, каждый из которых связан с соответствующим ПБ, и два оптических переключателя 1×N, соединяющих переключатели 1×2 с НЦУ, где N - натуральное число. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Схема подключения устройств квантового распределения ключей (КРК) с недоверенным центральным узлом (НЦУ) типа «звезда», содержащая соединенные квантовыми каналами НЦУ и 2N передающих блоков (ПБ), которые отправляют на НЦУ квантовые сигналы, представляющие собой одиночные фотоны или слабые когерентные состояния, причем схема позволяет использовать пассивные оптические переключатели 1×N и содержит N оптических переключателей 2×2, где N - натуральное число, каждый из которых соединен с двумя ПБ, и два переключателя 1×N, которые соединяют переключатели 2×2 с НЦУ.

2. Схема подключения устройств КРК с НЦУ типа «звезда», содержащая соединенные квантовыми каналами НЦУ и N ПБ, которые отправляют на НЦУ квантовые сигналы, представляющие собой одиночные фотоны или слабые когерентные состояния, причем схема позволяет использовать пассивные оптические переключатели и содержит N оптических переключателей 1×2, где N - натуральное число, каждый из которых связан с соответствующим ПБ, и два оптических переключателя 1×N, соединяющих переключатели 1×2 с НЦУ.