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长距离量子保密通讯的关键——超低损耗光纤
2019-05-16

随着信息技术的急剧发展,,, , ,网络通讯的安全问题日益显著。。。。。。。。推算机的算力不休提升,,, , ,传统的加密步骤面对巨大的风险,,, , ,在量子推算机的破译之下将不胜一击。。。。。。。。

由此,,, , ,科学家便基于量子力学和密码学开发出来量子密钥分发技术(Quantum Key Distribution,,, , ,QKD),,, , ,称为量子保密通讯,,, , ,为信息安全提供了强有力的保险。。。。。。。。

量子保密通讯的道理是利用量子态的不成丈量和不成复造性,,, , ,在通讯线路的两端用量子密钥对信息加密,,, , ,信息若是被截获或者复造,,, , ,原有的量子态会被粉碎,,, , ,从而使传输方知路窃听者的存在,,, , ,所以量子通讯也被称为齐全安全的数据传输规划。。。。。。。。

然而,,, , ,量子保密技术,,, , ,在超长距离通讯时,,, , ,却面对诸多挑战。。。。。。。。

量子态的单光子不成宰割、不成复造,,, , ,不能像传统通讯那样进行复造放大,,, , ,极大限度了光纤中的量子密钥分发距离。。。。。。。。因而以单光子技术为基础的量子保密通讯,,, , ,传输距离很大水平上取决于线路中的损耗,,, , ,更低衰减的光纤是耽搁传输距离的有效方式。。。。。。。。

因而,,, , ,超低损耗光纤在量子通讯中的利用将变得至关沉要。。。。。。。。

那么,,, , ,什么是超低损耗光纤?????? ?

光纤的损耗重要来自于纤芯资料的瑞利散射损耗和吸收损耗。。。。。。。。 传统光纤在造作时需在纤芯中掺杂来提高纤芯的折射率,,, , ,但却会导致较高的瑞利散射和光纤衰减。。。。。。。。 而超低损耗光纤在纤芯中使用纯二氧化硅,,, , ,包层掺杂降低折射率,,, , ,这样既减幼了纤芯瑞利散射带来的衰减,,, , ,又可实现信号光全反射的传输。。。。。。。。

超低损耗光纤在量子通讯中的利用

对于量子通讯来说,,, , ,增长安全通讯距离、提高安全成码率和提高系统的安全性,,, , ,是实用性量子密钥分发技术最沉要的 3 个指标。。。。。。。。那么超低损耗光纤在这几个方面阐发若何呢?????? ?

1)增长安全通畅距离

对于长距离广域的量子密钥分发,,, , ,需分成 2个步骤实现,,, , ,首先通过光纤实现百千米的量子城域网络;;;;;;;; 而后通过可信中继器实现量子城际网络。。。。。。。。 我国这一领域的利用也同样走在世界前列,,, , ,2017 年开明的京沪量子干线,,, , ,全长为 2 000 km,,, , ,共使用 32 个可信赖中继站,,, , ,每 2 个中继站之间的均匀距离为 62.5 km。。。。。。。。而若是选取超低损耗光纤,,, , ,可能提升每个中继站之间的距离,,, , ,理论上必要的可信中继站更少。。。。。。。。中继站数量的削减一方面能够削减设备的投入;;;;;;;;另一方面也削减了整个链路的潜在安全隐患(可信赖中继站是量子保密技术中安全较为幽微的环节),,, , ,提高了链路的整体安全机能。。。。。。。。

2)增长成码率

量子通讯的密钥天生速度即成码率是衡量 QKD系统机能曲直的沉要指标,,, , ,高的成码率能够加密更多的数据,,, , ,形成更复杂的加密系统,,, , ,并且只有达到肯定速度的量子秘钥分发才拥有商用价值。。。。。。。。成码率会随着距离增长而呈指数衰减。。。。。。。。超低损耗光纤在同样的传输距离内的衰减更低,,, , ,因而在系统配置一样的情况下可能提供更高的成码率。。。。。。。。如 100 km 的距离,,, , ,选取超低损耗光纤比通常光纤的链路衰减低 3 dB 左右,,, , ,显著提高了系统密钥成码率。。。。。。。。

3)推动经典信号与光纤的共纤传输的贸易化

基于单光子技术的量子密钥分发系统中,,, , ,量子信路和经典信路别离从分歧的光纤独立传输。。。。。。。。 这是由于量子信路信号强度比经典通讯信号的强度幼好多,,, , ,若是量子信路和经典信通

同时传输,,, , ,经典信路的强信号产生一系列非线性效应严沉影响 QKD 系统的传输成效,,, , ,如信路串扰、拉曼散射、自觉辐射。。。。。。。。而量子通讯与经典光传输系统若是能实现共纤传输,,, , ,可能大大降低量子保密通讯网络建设成本,,, , ,有利于量子保密通讯的实用与推广。。。。。。。。

目前国表的欧洲东芝欧洲尝试室、瑞士日内瓦大学、西班牙马德里大学等均发展了有关钻研,,, , ,实现了千兆光通讯、10 G 波分系统和 QKD 量子信路复用光纤的尝试。。。。。。。。国内,,, , ,中国电信和科大国盾合作发展了有关钻研,,, , ,实现了百兆、千兆光通讯以及波分系统等和 QKD 量子信路共用光纤的试验 ,,, , ,该尝试是全球首个商用量子密钥分发系统与商用 8 Tbps(80×100 Gbps) 大容量密集波分复用系统共纤超长距传输试验,,, , ,在超低损耗光纤上实现了100 km 以上单跨传输。。。。。。。。

因而,,, , ,经过多个钻研机构对超低损耗光纤的尝试测试与实际检验,,, , ,超低损耗光纤在增长安全通讯距离、提高安全成码率和提高系统的安全性都拥有显著优势,,, , ,必将推动量子推算和量子保密通讯领域的急剧发展,,, , ,并在量子推算的时期表演沉要的网络基础设施。。。。。。。。(文章起源:C114中国通讯网)

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