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长距离量子保密通讯的要害——超低消耗光纤

2019-05-16

随着信息手艺的快速生长，，，，，，，，网络通讯的清静问题日益显著。。。。。盘算机的算力一直提升，，，，，，，，古板的加密要领面临重大的危害，，，，，，，，在量子盘算机的破译之下将不堪一击。。。。。

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手艺(Quantum Key Distribution，，，，，，，，QKD)，，，，，，，，称为量子保密通讯，，，，，，，，为信息清静提供了强有力的包管。。。。。

量子保密通讯的原理是使用量子态的不可丈量和不可复制性，，，，，，，，在通讯线路的两头用量子密钥对信息加密，，，，，，，，信息若是被截获或者复制，，，，，，，，原有的量子态会被破损，，，，，，，，从而使传输方知道窃听者的保存，，，，，，，，以是量子通讯也被称为完全清静的数据传输计划。。。。。

然而，，，，，，，，量子保密手艺，，，，，，，，在超长距离通讯时，，，，，，，，却面临诸多挑战。。。。。

量子态的单光子不可支解、不可复制，，，，，，，，不可像古板通讯那样举行复制放大，，，，，，，，极大限制了光纤中的量子密钥分发距离。。。。。因此以单光子手艺为基础的量子保密通讯，，，，，，，，传输距离很洪流平上取决于线路中的消耗，，，，，，，，更低衰减的光纤是延伸传输距离的有用方法。。。。。

因此，，，，，，，，超低消耗光纤在量子通讯中的应用将变得至关主要。。。。。

那么，，，，，，，，什么是超低消耗光纤？？？？？？

光纤的消耗主要来自于纤芯质料的瑞利散射消耗和吸收消耗。。。。。古板光纤在制造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。。。。。而超低消耗光纤在纤芯中使用纯二氧化硅，，，，，，，，包层掺杂降低折射率，，，，，，，，这样既减小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。。。。。

超低消耗光纤在量子通讯中的应用

关于量子通讯来说，，，，，，，，增添清静通讯距离、提高清静成码率和提高系统的清静性，，，，，，，，是适用性量子密钥分发手艺最主要的 3 个目的。。。。。那么超低消耗光纤在这几个方面体现怎样呢？？？？？？

1）增添清静通行距离

关于长距离广域的量子密钥分发，，，，，，，，需分成 2个办法实现，，，，，，，，首先通过光纤实现百千米的量子城域网络；；；；；；然后通过可信中继器实现量子城际网络。。。。。我国这一领域的应用也同样走在天下前线，，，，，，，，2017 年开通的京沪量子干线，，，，，，，，全长为 2 000 km，，，，，，，，共使用 32 个可信任中继站，，，，，，，，每 2 其中继站之间的平均距离为 62.5 km。。。。。而若是接纳超低消耗光纤，，，，，，，，能够提升每其中继站之间的距离，，，，，，，，理论上需要的可信中继站更少。。。。。中继站数目的镌汰一方面可以镌汰装备的投入；；；；；；另一方面也镌汰了整个链路的潜在清静隐患（可信任中继站是量子保密手艺中清静较为薄弱的环节），，，，，，，，提高了链路的整体清静性能。。。。。

2）增添成码率

量子通讯的密钥天生速率即成码率是权衡 QKD系统性能优劣的主要指标，，，，，，，，高的成码率可以加密更多的数据，，，，，，，，形成更重大的加密系统，，，，，，，，并且只有抵达一定速率的量子秘钥分发才具有商用价值。。。。。成码率会随着距离增添而呈指数衰减。。。。。超低消耗光纤在同样的传输距离内的衰减更低，，，，，，，，因此在系统设置相同的情形下能够提供更高的成码率。。。。。如 100 km 的距离，，，，，，，，接纳超低消耗光纤比通俗光纤的链路衰减低 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商业化

基于单光子手艺的量子密钥分发系统中，，，，，，，，量子信道和经典信道划分从差别的光纤自力传输。。。。。这是由于量子信道信号强度比经典通讯信号的强度小许多，，，，，，，，若是量子信道和经典信通

同时传输，，，，，，，，经典信道的强信号爆发一系列非线性效应严重影响 QKD 系统的传输效果，，，，，，，，如信道串扰、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，，，，，，，，能够大大降低量子保密通讯网络建设本钱，，，，，，，，有利于量子保密通讯的适用与推广。。。。。

现在外洋的欧洲东芝欧洲实验室、瑞士日内瓦大学、西班牙马德里大学等均开展了相关研究，，，，，，，，实现了千兆光通讯、10 G 波分系统和 QKD 量子信道复用光纤的实验。。。。。海内，，，，，，，，中国电信和科大国盾合作开展了相关研究，，，，，，，，完成了百兆、千兆光通讯以及波分系统等和 QKD 量子信道共用光纤的试验，，，，，，，，该实验是全球首个商用量子密钥分发系统与商用 8 Tbps(80×100 Gbps) 大容量麋集波分复用系总共纤超长距传输试验，，，，，，，，在超低消耗光纤上实现了100 km 以上单跨传输。。。。。

因此，，，，，，，，经由多个研究机构对超低消耗光纤的实验测试与实践磨练，，，，，，，，超低消耗光纤在增添清静通讯距离、提高清静成码率和提高系统的清静性都具有显着优势，，，，，，，，必将推动量子盘算和量子保密通讯领域的快速生长，，，，，，，，并在量子盘算的时代饰演主要的网络基础设施。。。。。（文章泉源：C114中国通讯网）

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