專利名稱：量子網(wǎng)絡(luò)尋址方法及量子網(wǎng)絡(luò)路由器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用光傳輸技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通訊的尋址方法及裝置，尤其是一種量子信息，包括量子通信和量子計(jì)算網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的尋址方法及裝置。
背景技術(shù)：
量子信息技術(shù)是90年代才正式開(kāi)始研究的新科學(xué)領(lǐng)域，許多問(wèn)題仍然在探索階段，尚未大規(guī)模實(shí)用化，不存在與本發(fā)明相關(guān)的公開(kāi)使用技術(shù)。根據(jù)經(jīng)典網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的經(jīng)驗(yàn)，量子網(wǎng)絡(luò)信息也必將是量子通信的核心技術(shù)。同樣的對(duì)比并考慮到量子通信的特點(diǎn)，量子網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)必須滿足這樣一些基本性能要求1.多用戶性兩個(gè)以上的用戶可同時(shí)在系統(tǒng)上交換信息或共享資源；2.可擴(kuò)展性用戶數(shù)可以擴(kuò)展，用戶總數(shù)原則上不應(yīng)受到限制；3.用戶的獨(dú)立性它應(yīng)該包括了兩個(gè)方面其一任一用戶的存在和運(yùn)行與否只影響與該用戶有信息交換需求的用戶，而不影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行；
其二任何用戶的運(yùn)行不應(yīng)該受到互通信息以外的用戶的運(yùn)行的影響，也即我們通常所說(shuō)的無(wú)串?dāng)_和串臺(tái)；4.網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)用戶應(yīng)該有唯一的地址或內(nèi)部編號(hào)(即經(jīng)典網(wǎng)絡(luò)中的IP地址)，據(jù)此，網(wǎng)絡(luò)上的任何用戶可以輕易地區(qū)分并連接該用戶以實(shí)現(xiàn)通訊，同時(shí)被連接用戶也應(yīng)可以唯一地確定正在同自已通訊的對(duì)象；量子網(wǎng)絡(luò)的特殊要求5.網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)必須保持量子相干性(接收測(cè)量除外)，也即消相干過(guò)程盡可能弱，更不能有除接收測(cè)量以外的光電和電光轉(zhuǎn)換過(guò)程；6.網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)內(nèi)部不能有量子信號(hào)的放大，這是量子不可克隆定理的基本要求。
對(duì)照上述條件，到目前為止，還沒(méi)有完全符合該條件的量子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)原理和技術(shù)出現(xiàn)。進(jìn)步最大的是量子密碼的網(wǎng)絡(luò)分配研究，已有的主要技術(shù)可歸結(jié)為一、樹型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)這種結(jié)構(gòu)有兩種運(yùn)行模式，一種模式采用光纖分路器隨機(jī)將調(diào)制單光子分發(fā)給多個(gè)接收者，通過(guò)量子密鑰分配協(xié)議與多個(gè)接收者建立密鑰。這種模式①需要一個(gè)控制中心，所有網(wǎng)上其他用戶信息都必須與控制中心分享，這在保密通信中有時(shí)是不可容忍的；②通訊效率與網(wǎng)絡(luò)上終端數(shù)量成反比，極限通訊距離同步下降，可擴(kuò)展性受到限制；另一種模式則采用波長(zhǎng)尋址方式，即控制中心采用波長(zhǎng)作為接收者的IP，實(shí)現(xiàn)中心與任一用戶間的密鑰分配。這種運(yùn)行方式解決了直接分路引起的效率降低的問(wèn)題，但未能解決信息必須與控制中心分享的安全問(wèn)題；樹型網(wǎng)絡(luò)的另一個(gè)重要問(wèn)題是，中心以外的用戶之間不能夠直接互通，所以這種方案不是嚴(yán)格意義的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
二、環(huán)型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)將所有用戶串成一條或多條互連的封閉的環(huán)線，環(huán)網(wǎng)中的任意兩個(gè)終端用戶運(yùn)用一定的協(xié)議，通過(guò)控制中心的協(xié)助實(shí)現(xiàn)保密互通，且不必與網(wǎng)絡(luò)控制中心分享秘密信息，但通訊過(guò)程仍需要中心的協(xié)助。這種結(jié)構(gòu)①所有用戶終端都只能在一條或互通的多條環(huán)線上，終端所在的位置受到限制；②任意兩個(gè)用戶之間的平均通訊距離小于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)極限通訊距離的1/2，用戶越多，近鄰終端之間的距離就越短。這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)已有三種不同的模式，第一種采多用戶直接串聯(lián)[3，4]，改進(jìn)的方式則采用了所謂空間光開(kāi)關(guān)將多個(gè)小環(huán)串接起來(lái)，將每個(gè)用戶通過(guò)空間光開(kāi)關(guān)外掛在環(huán)上[5]，原則上可以實(shí)現(xiàn)可變范圍的量子網(wǎng)絡(luò)，無(wú)論如何，這種網(wǎng)絡(luò)中同時(shí)只能有一對(duì)用戶工作；第二種則采用波長(zhǎng)尋址原理[2]，原則上多用戶之間可以實(shí)現(xiàn)直接互通無(wú)需中心存在，且多用戶組之間可以同時(shí)工作，但傳輸距離的限制仍然存在，而且所用波段數(shù)必須滿足N＝n×(n-1)/2其中，N為要用波段總數(shù)，n用戶總數(shù)用戶數(shù)量與所需的波段總數(shù)成平方關(guān)系，網(wǎng)絡(luò)用戶總數(shù)受到限制。
三、多粒子糾纏源模式這種模式可以在多用戶間實(shí)現(xiàn)量子態(tài)傳輸，不僅可以作為量子密鑰分配網(wǎng)絡(luò)，原則上可以作為廣義量子信息網(wǎng)絡(luò)的工作模式，但糾纏粒子數(shù)量與產(chǎn)生效率成負(fù)指數(shù)關(guān)系，而這種方案的用戶數(shù)量與糾纏粒子數(shù)直接相關(guān)，所以，網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)量非常有限，可擴(kuò)展性很差。
綜上所述，目前還沒(méi)有一種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行模式能夠滿足量子網(wǎng)絡(luò)的基本要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種量子網(wǎng)絡(luò)尋址方法并由此構(gòu)造出量子網(wǎng)絡(luò)路由器，以該路由器為核心可以組成等權(quán)的多用戶量子網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
網(wǎng)絡(luò)中包括至少三個(gè)節(jié)點(diǎn)，其特征在于給定每個(gè)節(jié)點(diǎn)一個(gè)地址編號(hào)；從每個(gè)節(jié)點(diǎn)向其它各個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送不同波長(zhǎng)的光子信號(hào)；該光子信號(hào)以信號(hào)源波長(zhǎng)和節(jié)點(diǎn)地址共同作為尋址標(biāo)記；所述的尋址標(biāo)記由兩部分構(gòu)成，其中一部分由該節(jié)點(diǎn)發(fā)送的光子信號(hào)的波長(zhǎng)取值決定，另一部分由該節(jié)點(diǎn)的地址編號(hào)決定；每個(gè)節(jié)點(diǎn)根據(jù)所接收的光子信號(hào)中的上述尋址標(biāo)記確定信號(hào)的來(lái)源。
當(dāng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)為奇數(shù)時(shí)，所述的信號(hào)源波長(zhǎng)的個(gè)數(shù)為N個(gè)；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)為偶數(shù)時(shí)，所述的信號(hào)源波長(zhǎng)的個(gè)數(shù)為N-1個(gè)；其中的N為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)。
所述的光子信號(hào)是光量子態(tài)信號(hào)，或者是經(jīng)典光信號(hào)。
這種尋址方式能確定地將來(lái)自于網(wǎng)絡(luò)不同節(jié)點(diǎn)具有不同波長(zhǎng)的光子信號(hào)轉(zhuǎn)接給特定的另外節(jié)點(diǎn)，而且這種傳輸在節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)中是唯一的，傳播方向也是可逆的，即任一節(jié)點(diǎn)都可以接收和發(fā)送光子信號(hào)，發(fā)送節(jié)點(diǎn)事先知道特定波長(zhǎng)的光子信號(hào)是發(fā)給哪一個(gè)節(jié)點(diǎn)，接收節(jié)點(diǎn)可通過(guò)波長(zhǎng)測(cè)量確定所接收的光子信號(hào)來(lái)自于哪一個(gè)節(jié)點(diǎn)。所述的節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)可以有任意N個(gè)節(jié)點(diǎn)。
所述的光子信號(hào)可以是經(jīng)典信號(hào)，如含有大量光子的強(qiáng)光脈沖，也可以是量子信號(hào)，如單光子或糾纏光子；所述光子的波長(zhǎng)是指一個(gè)波長(zhǎng)間隔。當(dāng)信號(hào)為經(jīng)典信號(hào)時(shí)，通信過(guò)程是經(jīng)典通信，而當(dāng)信號(hào)為光量子態(tài)時(shí)，所述通信為量子通信。
本發(fā)明給出一種實(shí)現(xiàn)上述尋址方法的量子網(wǎng)絡(luò)路由器，它包括外接口和光子信號(hào)分配器，其特征在于光子信號(hào)分配器包括N個(gè)光學(xué)器件，其中的N為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)；每個(gè)光學(xué)器件的一端為混合波長(zhǎng)接口、另一端為單波長(zhǎng)接口；混合波長(zhǎng)接口作為路由器的外接口，單波長(zhǎng)接口至少有N-1個(gè)，每個(gè)單波長(zhǎng)接口傳輸不同波長(zhǎng)的光子信號(hào)，而N個(gè)光學(xué)器件的相同波長(zhǎng)的單波長(zhǎng)接口之間一對(duì)一地直接光學(xué)連接。
當(dāng)N為偶數(shù)時(shí)，所述光學(xué)器件的單波長(zhǎng)接口相同，整個(gè)量子網(wǎng)絡(luò)路由器所用波長(zhǎng)總數(shù)為N-1；當(dāng)N為奇數(shù)時(shí)，任意兩個(gè)光學(xué)器件的單波長(zhǎng)接口有一個(gè)不同，且整個(gè)量子網(wǎng)絡(luò)路由器所用波長(zhǎng)總數(shù)為N。例如，對(duì)于四節(jié)點(diǎn)路由器，所述光學(xué)器件相同，單波長(zhǎng)接口均為三個(gè)，分別是λ1，λ2，λ3，路由器所用波長(zhǎng)總數(shù)為三個(gè)；對(duì)于三節(jié)點(diǎn)路由器，所述光學(xué)器件的單波長(zhǎng)接口均為兩個(gè)，但波長(zhǎng)均有一個(gè)不同，分別是光學(xué)器件一為λ1，λ2；光學(xué)器件二為λ2，λ3；光學(xué)器件三為λ3，λ1。路由器所用波長(zhǎng)總數(shù)也為3個(gè)。
所述的光學(xué)器件可以是由集成或分立的色散及輔助無(wú)源光學(xué)器件組成。
所述的光學(xué)器件可以是可逆波分復(fù)用器。
所述的光學(xué)連接可以采用光纖、波導(dǎo)、自由空間或其他光學(xué)介質(zhì)連接。
所述的光學(xué)連接在光路中可添加準(zhǔn)直、耦合、反射鏡光無(wú)源器件，以改善性光學(xué)連接性能。
所述的整個(gè)量子網(wǎng)絡(luò)路由器的所有部件，包括色散、準(zhǔn)直、導(dǎo)向以及耦合器的可以全部或部分集成在波導(dǎo)基片上。
本發(fā)明量子網(wǎng)絡(luò)路由器的上述內(nèi)部連接滿足圖論中的邊界染色理論，任意多節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)路由器可以按此數(shù)學(xué)原理實(shí)現(xiàn)，對(duì)應(yīng)關(guān)系為邊界染色理論中的一個(gè)頂點(diǎn)對(duì)應(yīng)量子網(wǎng)絡(luò)路由器的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，每種邊界染色對(duì)應(yīng)一個(gè)波長(zhǎng)，即上述光學(xué)器件的一個(gè)單波長(zhǎng)接口。事實(shí)上，可以將奇數(shù)N節(jié)點(diǎn)量子網(wǎng)絡(luò)路由器看成是偶數(shù)個(gè)N+1節(jié)點(diǎn)量子網(wǎng)絡(luò)路由器中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)未用或沒(méi)有連接的特例。
所述光子信號(hào)可以從一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳向另一個(gè)節(jié)點(diǎn)，反向傳輸也同樣可行。
所述的可逆波分復(fù)用器是由色散元件加前后準(zhǔn)直以及輸出輸入耦合器組成，其中色散元件可以是濾光片、光柵、色散棱鏡。
本發(fā)明的量子網(wǎng)絡(luò)路由器。它能夠完成接收所有節(jié)點(diǎn)同時(shí)傳來(lái)的攜帶信息的不同波長(zhǎng)的光子信號(hào)，以分波、合波再組合的方式，將其他各節(jié)點(diǎn)要傳給同一節(jié)點(diǎn)的不同波長(zhǎng)的光子信號(hào)合波后傳送給指定的節(jié)點(diǎn)。這些信號(hào)可以再通過(guò)一條與該節(jié)點(diǎn)相連的干線光路傳輸給特定的網(wǎng)絡(luò)用戶。這種路由器的工作方式不會(huì)破壞它傳送的量子態(tài)及其相干性，信號(hào)間也不產(chǎn)生互相干擾，且路由導(dǎo)向在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中是唯一的，不會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)向重疊和信號(hào)遺失現(xiàn)象，用戶通過(guò)簡(jiǎn)單測(cè)量就能知道信號(hào)的準(zhǔn)確來(lái)源。所有這些都滿足網(wǎng)絡(luò)的基本要求。
所有這些功能等效于經(jīng)典網(wǎng)絡(luò)通訊中的路由功能或計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的尋址功能。此方法構(gòu)成的量子網(wǎng)絡(luò)路由器原則上可以有任意N個(gè)節(jié)點(diǎn)，與N路干線光路連接構(gòu)成N路量子網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
本發(fā)明提出的量子網(wǎng)絡(luò)尋址方法和量子網(wǎng)絡(luò)路由器，以量子態(tài)的發(fā)出節(jié)點(diǎn)和波長(zhǎng)共同作為尋址標(biāo)記，給出了一種以此尋址方法為原理而構(gòu)造的量子網(wǎng)絡(luò)元件，可以滿足量子網(wǎng)絡(luò)路由的基本要求。
用本發(fā)明構(gòu)成的量子通信網(wǎng)絡(luò)具有這樣一些優(yōu)點(diǎn)1、采用路由器作為量子網(wǎng)絡(luò)的信息交換和導(dǎo)向中心，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與用戶相對(duì)獨(dú)立，使量子網(wǎng)絡(luò)可以完全類比于經(jīng)典網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)布局與操作可以分別考慮，規(guī)范化處理。
2、路由器節(jié)點(diǎn)數(shù)可擴(kuò)展本發(fā)明中的路由器所用的復(fù)用波長(zhǎng)總數(shù)小于或等于節(jié)點(diǎn)總數(shù)，頻段利用率高。原則上波段可以任意細(xì)分和再?gòu)?fù)用，路由器節(jié)點(diǎn)總數(shù)也可以任意擴(kuò)展。就目前的技術(shù)條件而言，節(jié)點(diǎn)總數(shù)就可以達(dá)到150以上，是其他方案的3倍以上。
3、節(jié)點(diǎn)之間的通訊以不同波長(zhǎng)進(jìn)行，頻道相互之間隔離，隔離度僅由波分復(fù)用的隔離度決定，串?dāng)_很低，且各頻道之間不相互爭(zhēng)奪信息資源，通訊效率不受節(jié)點(diǎn)總數(shù)的影響。
4、路由附加損耗低，本發(fā)明中的路由器對(duì)每個(gè)頻道附加的損耗在2dB以下。
5、利用本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)真正網(wǎng)絡(luò)意義上的量子通信，包括量子密鑰分配、量子態(tài)的網(wǎng)絡(luò)傳輸(廣義量子通信)，構(gòu)成量子計(jì)算機(jī)尋址總線或量子計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等。
6、由于量子網(wǎng)絡(luò)是在經(jīng)典網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上附加限制而來(lái)，本量子網(wǎng)絡(luò)路由器可直接作為經(jīng)典通訊中的全光波長(zhǎng)路由器，實(shí)現(xiàn)經(jīng)典網(wǎng)絡(luò)通訊中的靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)路由功能。


圖1是一種由商用波分復(fù)用器組成的4節(jié)點(diǎn)量子網(wǎng)絡(luò)路由器的內(nèi)部構(gòu)造示意圖。
圖2是一種由商用波分復(fù)用器組成的3節(jié)點(diǎn)量子網(wǎng)絡(luò)路由器的內(nèi)部構(gòu)造示意圖。
圖3是一種分立元件直接組成的4節(jié)點(diǎn)量子網(wǎng)絡(luò)路由器的內(nèi)部構(gòu)造示意圖。
圖4是一種集成4節(jié)點(diǎn)量子網(wǎng)絡(luò)路由器的內(nèi)部構(gòu)造示意圖。
圖5是三節(jié)點(diǎn)量子網(wǎng)絡(luò)路由器的IP地址表。
圖6是四節(jié)點(diǎn)量子網(wǎng)絡(luò)路由器的IP地址表。
具體實(shí)施例方式
一.量子網(wǎng)絡(luò)路由器的結(jié)構(gòu)1、量子網(wǎng)絡(luò)路由器可以用商用波分復(fù)用器按照本發(fā)明的原理構(gòu)造而成。一個(gè)典型的四節(jié)點(diǎn)量子網(wǎng)絡(luò)路由器內(nèi)部構(gòu)造如圖1所示，虛線內(nèi)部為路由器的內(nèi)部構(gòu)造。圖1中1-1～1-4為相同的商用三通道波分復(fù)用器，波長(zhǎng)分別是λ1，λ2，λ3。其中波長(zhǎng)位置(實(shí)際是一定范圍的波段)與間隔只要達(dá)到干線光路的損耗要求和足夠的隔離度即可；2-1～2-6是相同波長(zhǎng)頻道單波長(zhǎng)接口之間的光學(xué)連接，它們可以是單模光纖器件、分離器件或光波導(dǎo)組成的光路；3-1～3-4為量子網(wǎng)絡(luò)路由器節(jié)點(diǎn)的混合波長(zhǎng)接口，通過(guò)干線光路將節(jié)點(diǎn)可與用戶之間連接起來(lái)。
圖2為三節(jié)點(diǎn)量子網(wǎng)絡(luò)路由器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其中4-1～4-3為波分復(fù)用器，與四節(jié)點(diǎn)所用的波分復(fù)用器不同的是，這三個(gè)波分復(fù)用器的復(fù)用波長(zhǎng)相互之間都有一個(gè)不同，其中4-1為λ1、λ2，4-2為λ2、λ3，而4-3為λ3、λ1，整個(gè)路由器所用的波長(zhǎng)總數(shù)仍為三個(gè)。圖中5-1～5-3為相同波長(zhǎng)單波長(zhǎng)接口間的光學(xué)連接線，它們可以是單模光纖器件、分離器件或波導(dǎo)組成的光路。6-1～6-3為量子網(wǎng)絡(luò)路由器節(jié)點(diǎn)的混合波長(zhǎng)接口，通過(guò)干線光路可以連接用戶。事實(shí)上，這種三節(jié)點(diǎn)路由器可以看成是圖1中的四節(jié)點(diǎn)路由器的一個(gè)節(jié)點(diǎn)以及與它連接的所有光學(xué)連接被取消后的特殊情況。
在圖1中如果將波分復(fù)用器1-2以及與它相關(guān)的2-2、2-5、2-6光學(xué)連接全部取消(或棄置)，則圖1中的四節(jié)點(diǎn)路由器就變成為圖2中的三節(jié)點(diǎn)路由器。由此推廣開(kāi)來(lái)，任何偶數(shù)N節(jié)點(diǎn)的路由器均可以去掉(或棄置)其中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，而直接變成N-1奇數(shù)節(jié)點(diǎn)的路由器。
任意N節(jié)點(diǎn)的路由器均可以按上述原則采用波分復(fù)用器構(gòu)造而成，其中奇數(shù)節(jié)點(diǎn)按圖2方式擴(kuò)展，而偶數(shù)節(jié)點(diǎn)路由器按圖1方式擴(kuò)展。
2、分立光學(xué)元件獨(dú)立組成的四門量子網(wǎng)絡(luò)路由器量子網(wǎng)絡(luò)路由器可采用分立無(wú)源光學(xué)元件直接組成，不需要先組成波分復(fù)用器，再構(gòu)造成量子網(wǎng)絡(luò)路由器。這種組成中N節(jié)點(diǎn)路由器需要N個(gè)光色散元件和輔助光線導(dǎo)向機(jī)構(gòu)組成，例如分光三棱鏡、耦合、準(zhǔn)直和反射鏡等無(wú)源光學(xué)元件或其他光路折變耦合器件組成。這里給出四節(jié)點(diǎn)分立光學(xué)元件組成的量子網(wǎng)絡(luò)路由器裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。
圖3中，7-1～7-4為色散元件，作用是將不同波長(zhǎng)的光分開(kāi)，實(shí)現(xiàn)分波和逆向合波的功能，它們可以是三棱鏡、濾光片或光柵等色散元件；8-1～8-4以及9-1～9-4為前后準(zhǔn)直系統(tǒng)，起光線準(zhǔn)直和聚焦等輔助作用；10-1～10-4為光線導(dǎo)向元件，作用是將特定波長(zhǎng)的光線導(dǎo)向特定的色散器件；11-1～11-4為路由器節(jié)點(diǎn)輸入輸出耦合器，通過(guò)干線光路與網(wǎng)絡(luò)用戶直接連接。
3、集成光學(xué)量子網(wǎng)絡(luò)路由器量子網(wǎng)絡(luò)路由器也可構(gòu)成集成光學(xué)器件，其中N節(jié)點(diǎn)路由器由N個(gè)集成光色散元件和導(dǎo)向傳輸光波導(dǎo)組成。
圖4中仍然以四節(jié)點(diǎn)量子網(wǎng)絡(luò)路由器為例，其中12-1～12-4為集成分布式光柵，將來(lái)自最近節(jié)點(diǎn)入射的多波長(zhǎng)信號(hào)分解成單色信號(hào)，同時(shí)也將反向傳來(lái)的單色信號(hào)結(jié)合成多色信號(hào)傳向最近節(jié)點(diǎn)；13-1～13-2為單色光的導(dǎo)向傳輸波導(dǎo)，將色散后的單色光線傳向下一個(gè)色散光柵；14-1～14-4為路由器的混合波長(zhǎng)接口，通過(guò)它與干線光路直接連接到用戶。
一個(gè)量子網(wǎng)絡(luò)路由器確定以后，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都有一個(gè)唯一確定的IP表，與該節(jié)點(diǎn)連接的用戶可以按照此IP表在網(wǎng)絡(luò)中尋找另外唯一的用戶節(jié)點(diǎn)，并與其完成量子通信過(guò)程。圖5和圖6分別給出了三節(jié)點(diǎn)和四節(jié)點(diǎn)量子網(wǎng)絡(luò)路由器各節(jié)點(diǎn)之間的IP地址表。對(duì)于四個(gè)以上的多節(jié)點(diǎn)量子網(wǎng)絡(luò)路由器，一樣存在這樣一個(gè)IP地址表。其中奇數(shù)節(jié)點(diǎn)的IP表與表一類似，偶數(shù)節(jié)點(diǎn)的IP表與表二類似。
權(quán)利要求
1.一種量子網(wǎng)絡(luò)尋址方法，網(wǎng)絡(luò)中包括至少三個(gè)節(jié)點(diǎn)，其特征在于給定每個(gè)節(jié)點(diǎn)一個(gè)地址編號(hào)；從每個(gè)節(jié)點(diǎn)向其它各個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送不同波長(zhǎng)的光子信號(hào)；該光子信號(hào)以信號(hào)源波長(zhǎng)和節(jié)點(diǎn)地址共同作為尋址標(biāo)記；所述的尋址標(biāo)記由兩部分構(gòu)成，其中一部分由該節(jié)點(diǎn)發(fā)送的光子信號(hào)的波長(zhǎng)取值決定，另一部分由該節(jié)點(diǎn)的地址編號(hào)決定；每個(gè)節(jié)點(diǎn)根據(jù)所接收的光子信號(hào)中的上述尋址標(biāo)記確定該信號(hào)的來(lái)源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的量子網(wǎng)絡(luò)尋址方法，其特征在于當(dāng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)為奇數(shù)時(shí)，所述的信號(hào)源波長(zhǎng)的個(gè)數(shù)為N個(gè)；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)為偶數(shù)時(shí)，所述的信號(hào)源波長(zhǎng)的個(gè)數(shù)為N-1個(gè)；其中的N為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的量子網(wǎng)絡(luò)尋址方法，其特征在于所述的光子信號(hào)是光量子態(tài)信號(hào)，或者是經(jīng)典光信號(hào)。
4.一種用于權(quán)利要求1的量子網(wǎng)絡(luò)路由器，包括外接口和光子信號(hào)分配器，其特征在于光子信號(hào)分配器包括N組光學(xué)器件，其中的N為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)；每個(gè)光學(xué)器件的一端為混合波長(zhǎng)接口、另一端為單波長(zhǎng)接口；混合波長(zhǎng)接口作為路由器的外接口，單波長(zhǎng)接口至少有N-1個(gè)，每個(gè)單波長(zhǎng)接口傳輸不同波長(zhǎng)的光子信號(hào)，而N個(gè)光學(xué)器件的相同波長(zhǎng)的單波長(zhǎng)接口之間一對(duì)一地直接光學(xué)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種量子網(wǎng)絡(luò)路由器，其特征在于當(dāng)N為偶數(shù)時(shí)，所述光學(xué)器件的單波長(zhǎng)接口相同，整個(gè)量子網(wǎng)絡(luò)路由器所用波長(zhǎng)總數(shù)為N-1；當(dāng)N為奇數(shù)時(shí)，任意兩個(gè)光學(xué)器件的單波長(zhǎng)接口有一個(gè)不同，且整個(gè)量子網(wǎng)絡(luò)路由器所用波長(zhǎng)總數(shù)為N。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種量子網(wǎng)絡(luò)路由器，其特征在于所述的光學(xué)器件是由集成或分立的色散及輔助無(wú)源光學(xué)器件組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種量子網(wǎng)絡(luò)路由器，其特征在于所述的光學(xué)器件是可逆波分復(fù)用器。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種量子網(wǎng)絡(luò)路由器，其特征在于所述的光學(xué)連接是采用光纖、波導(dǎo)、自由空間或其他光學(xué)介質(zhì)連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種量子網(wǎng)絡(luò)路由器，其特征在于所述的光學(xué)連接在光路中可添加準(zhǔn)直、耦合、反射鏡光無(wú)源器件，以改善性光學(xué)連接性能。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種量子網(wǎng)絡(luò)路由器，其特征在于所述的整個(gè)量子網(wǎng)絡(luò)路由器的所有部件，包括色散、準(zhǔn)直、導(dǎo)向以及耦合器全部或部分集成在波導(dǎo)基片上。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種量子網(wǎng)絡(luò)尋址方法及量子網(wǎng)絡(luò)路由器，網(wǎng)絡(luò)中包括至少三個(gè)節(jié)點(diǎn)，給定每個(gè)節(jié)點(diǎn)一個(gè)地址編號(hào)；從每個(gè)節(jié)點(diǎn)向其它各個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送不同波長(zhǎng)的光子信號(hào)；該光子信號(hào)以信號(hào)源波長(zhǎng)和節(jié)點(diǎn)地址共同作為尋址標(biāo)記；每個(gè)節(jié)點(diǎn)根據(jù)所接收的光子信號(hào)中的上述尋址標(biāo)記確定該信號(hào)的來(lái)源。量子網(wǎng)絡(luò)路由器包括外接口和光子信號(hào)分配器，光子信號(hào)分配器包括N組光學(xué)器件；每個(gè)光學(xué)器件的一端為混合波長(zhǎng)接口、另一端為單波長(zhǎng)接口；混合波長(zhǎng)接口作為路由器的外接口，光學(xué)器件的相同波長(zhǎng)的單波長(zhǎng)接口之間一對(duì)一地直接光學(xué)連接。利用本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)真正網(wǎng)絡(luò)意義上的量子通信，包括量子密鑰分配、量子態(tài)的網(wǎng)絡(luò)傳輸，即廣義量子通信，構(gòu)成量子計(jì)算機(jī)尋址總線或量子計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等。
文檔編號(hào)H04B10/30GK1567751SQ0313201
公開(kāi)日2005年1月19日 申請(qǐng)日期2003年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月8日
發(fā)明者韓正甫, 張濤, 郭光燦 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)