康宁光通信：长距离量子保密通信的关键

  ICCSZ讯 随着信息技术的快速发展，网络通信的安全问题日益显著。计算机的算力不断提升，传统的加密方法面临巨大的风险，在量子计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技术(Quantum Key Distribution，QKD)，称为量子保密通信，为信息安全提供了强有力的保障。

  量子保密通信的原理是利用量子态的不可测量和不可复制性，在通信线路的两端用量子密钥对信息加密，信息如果被截获或者复制，原有的量子态会被破坏，从而使传输方知道窃听者的存在，所以量子通信也被称为完全安全的数据传输方案。

  然而，量子保密技术，在超长距离通信时，却面临诸多挑战。量子态的单光子不可分割、不可复制，不能像传统通信那样进行复制放大，极大限制了光纤中的量子密钥分发距离。因此以单光子技术为基础的量子保密通信，传输距离很大程度上取决于线路中的损耗，更低衰减的光纤是延长传输距离的有效方式。

  因此，超低损耗光纤在量子通信中的应用将变得至关重要。

那么，什么是超低损耗光纤?

  光纤的损耗主要来自于纤芯材料的瑞利散射损耗和吸收损耗。 传统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 。

图1 为常规掺锗纤芯光纤和纯硅纤芯光纤的折射率分布示意。

当前的switchbox旗下，有复合光纤，纯光纤，多芯缆光纤，多芯缆，无线等多种传输解决方案，在各种方式中，都可以兼容当今主流品牌各种型号的摄像机。96芯三网合一光纤分线箱、96芯三网合一光纤分纤箱、96芯三网合一光纤配线箱、96芯三网合一光纤楼道箱、96芯三网合一光纤分光箱、96芯三网合一光纤分配箱、96芯三网合一光纤直熔箱、96芯三网合一光纤熔接箱、96芯三网合一光纤网络箱。48芯三网合一光纤分线箱、48芯三网合一光纤分纤箱、48芯三网合一光纤配线箱、48芯三网合一光纤楼道箱、48芯三网合一光纤分光箱、48芯三网合一光纤分配箱、48芯三网合一光纤直熔箱、48芯三网合一光纤熔接箱、48芯三网合一光纤网络箱。

  超低损耗光纤在量子通信中的应用

  对于量子通信来说， 增加安全通信距离、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重要的3个目标。那么超低损耗光纤在这几个方面表现如何呢?

  1) 增加安全通行距离

这一工程将构建起高可信、可扩展、军民融合的广域光纤量子通信网络，建成大尺度量子通信技术验证、应用研究和应用示范平台。据悉，这一工程将构建千公里级高可信、可扩展、军民融合的广域光纤量子通信网 络，建成大尺度量子通信技术验证、应用研究和应用示范平台。今年以来，潘建伟研究组进一步通过发展稳定的双光子干涉技术和系统长时间稳定技术，采用清华大学王向斌教授发展的4强度优化理论方法，结合中科院上海微系统所尤立星研究员研制的高效低噪声超导纳米线单光子探测器，成功地将测量设备无关的量子密钥分发安全传输纪录拓展至404公里超低损耗光纤和311公里普通光纤距离，创造了光纤传输距离新的世界纪录，推动兼顾安全和实用的远距离量子通信发展。

  2) 增加成码率

  量子通信的密钥生成速率即成码率是衡量 QKD系统性能优劣的重要指标，高的成码率可以加密更多的数据，形成更复杂的加密体系，而且只有到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加而呈指数衰减。 超低损耗光纤在同样的传输距离内的衰减更低(见图 5)，因此在系统配置相同的情况下能够提供更高的成码率。量子传输距离如 100 km 的距离，采用超低损耗光纤比普通光纤的链路衰减低 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

  基于单光子技术的量子密钥分发系统中，量子信道和经典信道分别从不同的光纤独立传输。 这是因为量子信道信号强度比经典通信信号的强度小很多，如果量子信道和经典信通同时传输，经典信道的强信号产生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、自发辐射。 而量子通信与经典光传输系统如果能实现共纤传输，能够大大降低量子保密通信网络建设成本，有利于量子保密通信的实用与推广。

  目前国外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，实现了千兆光通信、10 G 波分系统和 QKD 量子信道复用光纤的实验。 国内，中国电信和科大国盾合作开展了相关研究，完成了百兆、千兆光通信以及波分系统等和 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。

《规划》称，在量子通信研究方面，向多用户联网的量子通信关键技术和成套设备，率先突破量子保密通信技术，建设超远距离光纤量子通信网，开展星...。furusawa博士的下个课题是争取把光源二极管等非量子纠缠生成检出部分也完成聚集化，减少光纤损耗对量子位精度和稳定度的影响，向制造出超高速量子计算机和超大容量量子通信的目标迈进。采用清华大学王向斌教授发展的4强度优化理论方法，结合中科院上海微系统所尤立星研究员研制的高效低噪声超导纳米线单光子探测器，成功地将测量设备无关的量子密钥分发安全传输纪录拓展至404公里超低损耗光纤和311公里普通光纤距离，创造了光纤传输距离新的世界纪录，推动兼顾安全和实用的远距离量子通信发展。