一根光纖無縫融合量子通信與傳統(tǒng)光通信

　　量子密鑰技術(shù)是最新的可證明安全性的密碼技術(shù)，得到了國家的高度重視。然而，經(jīng)過多年發(fā)展，無論其設(shè)備成本還是其使用成本均居高不下，尤其在使用方面，因其需要獨占一根光纖，導(dǎo)致用戶即使買得起設(shè)備也用不起。換言之，在運營商光纖資源緊張的現(xiàn)實情況下，要想大幅度降低量子密鑰的使用成本，必須解決量子密鑰設(shè)備獨占光纖的問題。

　　針對此問題，九州量子研發(fā)團隊聯(lián)合攻關(guān)，終于在近期徹底解決了這一難題。九州量子副總裁、中科大物理學(xué)博士趙義博在接受采訪時宣布，九州量子研發(fā)團隊已在量子通信與傳統(tǒng)光通信波分復(fù)用混傳技術(shù)中取得進展，多個指標達到實用化水準。

　　“二”合“一”，大幅降低量子密鑰使用成本

　　目前，大部分的量子通信產(chǎn)品需要兩根光纖進行工作，即一根光纖傳輸量子光信號，另一根光纖以傳統(tǒng)光通信的形式來傳輸量子通信協(xié)議所需的后處理信息。單純的量子通信分為量子光的發(fā)送與接收，以及經(jīng)典信息的傳輸，經(jīng)典信息的傳輸是量子通信必不可少的輔助手段，尤其量子通信的后處理必須要通過傳統(tǒng)的通信方式傳輸，沒有后處理就無法最終生成密鑰。

　　所謂的量子光的發(fā)送與接收，也就是將需要傳遞的隨機信息編碼到一個光子上，并將該光子通過光纖傳送給接收者。由于單個光子極其微弱，絲毫的光噪聲便可將其淹沒。為保證信號傳輸不受干擾，此前單光子的傳輸需要獨占一根光纖，且該光纖同一時間不得傳輸其他信號。

　　早些時候的設(shè)備，量子光需要一根光纖，后處理的經(jīng)典信息需要一根光纖，一對量子通信設(shè)備通常需要兩根獨立的光纖。

　　但是，在現(xiàn)有建設(shè)成的網(wǎng)絡(luò)里，光纖資源較為緊張。要想大幅度降低量子密鑰的使用成本，就必須解決量子通信設(shè)備占用光纖資源的問題。針對此問題，九州量子研發(fā)團隊聯(lián)合攻關(guān)，將量子光和經(jīng)典光通信的波分復(fù)用混傳技術(shù)做了針對性的優(yōu)化，將兩根光纖的消耗變?yōu)橐桓屃孔油ㄐ欧?wù)和雙向高速率光通信業(yè)務(wù)單纖雙向共存。

　　一根光纖無縫融合量子通信與經(jīng)典通信成為可能

　　事實上，在波分復(fù)用的實踐過程中，如何將不同波長的光分離開，如何使得不同波長的光在同一光纖中傳遞時不會相互影響其強弱度，如何優(yōu)化單光子探測器等問題都是研發(fā)過程中需要考慮的問題。畢竟，相比于單光子信號，在光纖里和量子光共存的其他強光信號引入量子接收機的非線性噪聲非常之強，有時甚至?xí)屃孔油ㄐ艧o法正常運行。

　　在解決方案中，九州量子團隊采用了優(yōu)化的波長配置技術(shù)，優(yōu)化的經(jīng)典光發(fā)射功率，以及先進的光學(xué)放大技術(shù)，使得量子光可以和最高10Gbps的高速率的經(jīng)典光通信業(yè)務(wù)在一根光纖中雙向共存，既能保證量子通信在最高50km的城域網(wǎng)距離下正常工作，也能保證經(jīng)典光的傳輸速率和誤碼率符合光通信行業(yè)規(guī)定的技術(shù)標準，該成果使得政企專網(wǎng)場景、數(shù)據(jù)災(zāi)備等場景下，只占用一根光纖纖芯就能實現(xiàn)安全的秘鑰分配和雙向高速業(yè)務(wù)加密傳輸?shù)亩鄻I(yè)務(wù)共存方案成為現(xiàn)實，在成本和易用性上都具有一定優(yōu)勢。

　　據(jù)了解，未來九州量子團隊將會基于該技術(shù)，把單纖雙向波分復(fù)用量子通信和傳統(tǒng)光通信的工作距離拓展到80km，使得量子通信和骨干網(wǎng)距離的光通信業(yè)務(wù)在一根光纖的無縫融合成為可能。

　　趙義博說，量子技術(shù)要想快速落地產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，必須同經(jīng)典通信技術(shù)和密碼技術(shù)緊密結(jié)合。只要做好技術(shù)融合和人員搭配，量子保密通信將迎來飛速發(fā)展。