PHASE POLARIZATION MULTI-DEGREE-OF-FREEDOM MODULATION QKD NETWORK SYSTEM AND METHODThe present invention relates to a phase and polarization multi-degree-of-freedom modulated quantum key distribution (QKD) network system and method. The system includes an Alice transmitting terminal, a wavelength division multiplexing (WDM) unit and a plurality of Bob terminals for receiving a plurality of photons of different wavelengths; the Alice terminal is connected with the plurality of Bob terminals by the WDM unit; the Alice terminal includes a multi-wavelength laser generation device, an attenuator, a first polarization beam splitter, a first beam combiner, a phase modulator, a first polarization controller and a second polarization controller; the WDM unit includes a wavelength selection device; each Bob terminal includes a second polarization controller, a third polarization controller, a fourth polarization controller, a third polarization beam splitter, a fourth polarization beam splitter, a second beam combiner, a third beam combiner, a first photon detector, a second photon detector, a third photon detector and a fourth photon detector.A phase and polarization multi-degree-of-freedom modulated QKD network system, comprising an Alice control terminal, a wavelength division multiplexing unit and a plurality of Bob terminals for receiving a plurality of photons of different wavelengths, the Alice terminal being connected with the plurality of Bob terminals by the wavelength division multiplexing unit, wherein the Alice terminal comprises a multi-wavelength laser generation device, an attenuator, a first polarization beam splitter, a first beam combiner, a phase modulator, a first polarization controller and a second polarization controller; the wavelength division multiplexing unit comprises a wavelength selection device; each Bob terminal comprises a second polarization beam splitter, a third polarization controller, a fourth polarization controller, a third polarization beam splitter, a fourth polarization beam splitter, a second beam combiner, a third beam combiner, a first photon detector, a second photon detector, a third photon detector and a fourth photon detector; a pulse train with a plurality of wavelengths are generated by the multi-wavelength laser generation device and is then attenuated by the attenuator to form a single-photon pulse, the single-photon pulse is split into a vertically-polarized pulse and a horizontally-polarized pulse by the first polarization beam splitter, and the vertically-polarized pulse and the horizontally-polarized pulse enter the first beam combiner through an upper arm path and a lower arm path respectively so as to be subjected to beam combination; and then, the pulses are randomly modulated for kπ (k=0, 1) phases by the phase modulator to arrive at the first polarization controller and the second polarization controller respectively so as to be subjected to polarization rotation, and finally, the two pulses enter a corresponding Bob terminal in the same polarization state; multi-wavelength laser pulses with the same polarization are transmitted to a wavelength routing device, the each Bob terminal with a corresponding wavelength is selected according to a wavelength addressing mode, polarization demodulation is performed by the second polarization beam splitter of the Bob terminal, and the horizontally-polarized pulse is selected to pass through the third polarization controller when a polarization bit is '0'; and the vertically-polarized pulse is selected to pass through the fourth polarization controller when the polarization bit is '1'; after the pulse is output from the third polarization controller and passes through the third polarization beam splitter, two paths including an upper arm path and a lower arm path are formed, wherein the upper arm path is the one through which a prepulse is delayed to arrive at the second beam combiner; and the lower arm path is the one through which an afterpulse directly arrives at the second beam combiner, two beams of light on the upper arm path and the lower arm path generate interference at the second beam combiner, and then, the first photon detector and the second photon detector make identification responses according to a randomly-modulated phase difference; and after the pulse is output from the fourth polarization controller and passes through the fourth polarization beam splitter, two paths including an upper arm path and a lower arm path are formed, wherein the upper arm path is the one through which a prepulse is delayed to arrive at the third beam combiner; and the lower arm path is the one through which an afterpulse directly arrives at the third beam combiner, two beams of light on the upper arm path and the lower arm path generate interference at the third beam combiner, and then, the third photon detector and the fourth photon detector make identification responses according to a randomly-modulated phase difference.
위상 편광 다 자유도 변조 양자키분배 네트워크 시스템 및 방법본 발명은 일종의 위상 편광 다 자유도 변조 양자키분배（QKD）네트워크 시스템 및 방법에 관한 것으로, Alice 전송단, 파장 분할 다중화(WDM) 유닛 및 다중 사용자 Bob 단을 포함하며, Alice 단은 파장 분할 다중화 유닛을 통하여 다중 사용자 Bob 단과 연결이 되는데, 상기 Alice 단은 멀티 파장 레이저 발생장치, 감쇄기, 제1 편광 빔 스플리터, 제1 빔 컴바이너, 위상 변조기, 제1 및 제2 편광 조절기를 포함하고, 상기 파장 분할 다중화 유닛은 파장 선택 장치를 포함하며, 상기 다중 사용자 Bob단은 서로 다른 주파수대를 수신하는 몇 개 유닛 Bob 클라이언트단을 포함하되, 상기 유닛 Bob 클라이언트단마다 제2, 제3 및 제4 편광 조절기, 제3 및 제4 편광 빔 스플리터, 제2 및 제3 빔 컴바이너, 제1 내지 제4 광자 탐지기를 포함한다. 본 발명에서 이용하는 QKD 네트워크 시스템은 일대다 양자키 공유의 실현이 가능하고, 정보 전송 용량을 효과적으로 확대하며, 위상 편광 다 자유도 변조 QKD 방안 및 기타 QKD 방안에 적용된다.멀티 파장 레이저 발생 장치, 감쇄기, 제1 편광 빔 스플리터, 제1 빔 컴바이너, 위상 변조기, 제1 편광 조절기 및 제2 편광 조절기를 포함하는 Alice 제어단; 파장 선택 장치를 포함하는 파장 분할 다중화 유닛; 및 다중 사용자 Bob 단을 포함하며, Alice 단은 상기 파장 분할 다중화 유닛을 통하여 다중 사용자 Bob 단과 연결되는 위상 편광 다 자유도 변조 양자키분배(QKD, Quantum Key Distribution）네트워크 시스템으로, 상기 다중 사용자 Bob 단이 서로 다른 주파수대를 수신하는 다수의 유닛 Bob 클라이언트단을 포함하며, 각각의 유닛 Bob 클라이언트단은 제2 편광 빔 스플리터, 제3 편광 조절기, 제4 편광 조절기, 제3 편광 빔 스플리터, 제4 편광 빔 스플리터, 제2 빔 컴바이너, 제3 빔 컴바이너, 제1 광자 탐지기, 제2 광자 탐지기, 제3 광자 탐지기 및 제4 광자 탐지기를 포함하며, 상기 멀티 파장 레이저 발생 장치는 다수의 파장을 가진 펄스열을 발생시키고, 이어서 상기 감쇄기에 의해 단일 광자 펄스로 감쇄되며, 단일 광자 펄스는 상기 제1 편광 빔 스플리터에 의해 수직편광 펄스와 수평편광 펄스로 분리되고, 상기 수직편광 펄스와 수평편광 펄스는 각각 상부 암(arm) 경로와 하부 암 경로를 통과하여 상기 제1 빔 컴바이너에 진입하여 합쳐진 후, 이어 펄스는 상기 위상 변조기에 의해 랜덤으로 kπ（k=0，1）위상으로 변조되어 제1 편광 조절기 및 제2 편광 조절기에 각각 도달하여 펄스 편광 회전을 진행하며, 마지막으로 두 펄스는 같은 편광상태로 상기 다중 사용자 Bob 단에 진입하며,같은 편광의 멀티 파장 레이저 펄스가 파장 라우터 장치에 전송될 때, 파장에 따른 어드레스 지정 방식으로 상응하는 파장의 유닛 Bob 클라이언트단이 선택되고, 상기 유닛 Bob 클라이언트단의 제2 편광 빔 스플리터에 의해 편광 복조가 진행되며, 편광 비트가 "0"일 경우, 수평 편광 펄스가 상기 제3 편광 조절기를 통과하도록 선택되고, 편광 비트가 "1"일 경우, 수직 편광 펄스가 상기 제4 편광 조절기를 통과하도록 선택되며,펄스가 제3 편광 조절기로부터 출력되어 상기 제3 편광 빔 스플리터를 통과한 후 상부 암 경로 및 하부 암 경로의 두 경로가 형성되며, 상부 암 경로는 앞 펄스(prepulse)가 시간지연을 거쳐 상기 제2 빔 컴바이너에 도착한 경로이고, 하부 암 경로는 뒤 펄스(afterpulse)가 상기 제2 빔 컴바이너에 바로 도착한 경로이며, 상부 암 경로와 하부 암 경로의 두 개의 광 빔은 상기 제2 빔 컴바이너에서 간섭을 발생시킨 다음, 랜덤으로 변조된 위상 차에 근거하여 상기 제1 광자 탐지기 및 제2 광자 탐지기가 식별 응답을 하며,제4 편광 조절기로부터 출력되어 상기 제4 편광 빔 스플리터를 통과한 후 상부 암 경로와 하부 암 경로의 두 경로가 형성되며, 상부 암 경로는 앞 펄스가 시간지연을 거쳐 상기 제3 빔 컴바이너에 도착한 경로이고, 하부 암 경로는 뒤 펄스가 상기 제3 빔 컴바이너에 바로 도착한 경로이며, 상부 암 경로와 하부 암 경로의 두 개의 광 빔은 상기 제3 빔 컴바이너에서 간섭을 발생시킨 다음, 랜덤으로 변조된 위상차에 근거하여 상기 제3 광자 탐지기 및 제4 광자 탐지기가 식별 응답하는 것을 특징으로 하는 위상 편광 다 자유도 변조 양자키분배（QKD）네트워크 시스템.