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超低损耗光纤在量子通信中的应用:亚博网页登陆网页版

发布时间:2020-11-11    来源:亚博网页版96103

本文摘要:传统光纤需要混合在核心中,而不引起高瑞利散射和光纤波动,从而提高核心的折射率。超低损耗光纤用于在纤维芯中表示二氧化硅,包膜可降低折射率,增加纤维芯瑞利散射引起的波动,实现信号光的完全反射传输。目前,海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都积极参与研究,实施千兆光通信、10G波子系统、QKD量子信道自适应光纤实验。

随着信息技术的缓慢发展,网络通信的安全问题越来越突出。计算机的计算能力有了很大的提高,传统的加密方法将面临巨大的危险,容易被量子计算机破解。

因此,科学家随后以量子力学和密码学为基础开发了量子密钥分发技术(QKD),被称为量子秘密通信,有力地确保了信息安全。量子秘密通信的原理是不能利用量子状态测量和复制。通信线两端用量子密钥加密信息。

信息被构造或复制后,原始量子状态不会被破坏,传输者告诉监听器不存在,因此量子通信也称为几乎安全的数据传输方案。(威廉莎士比亚、双边通信、通信、通信、通信、通信、通信、通信、通信、通信)但是,双边保密技术在进行超远距离通信时面临着许多挑战。量子状态下的单个光子是不可分离的,不能辐射,不能像传统通信一样进行辐射缩放,光纤的量子密钥发行距离很大程度上是允许的。

因此,基于单光子技术的量子保密通信是一种有效的方法,可以大大减少传输距离明显不同的线路的损失,波动较小的光纤可以减少传输距离。因此,超低损耗光纤在量子通信中的应用非常重要。

那么什么是超低损耗光纤呢?光纤的损失主要来自核心材料的瑞利散射损失和吸收损失。传统光纤需要混合在核心中,而不引起高瑞利散射和光纤波动,从而提高核心的折射率。超低损耗光纤用于在纤维芯中表示二氧化硅,包膜可降低折射率,增加纤维芯瑞利散射引起的波动,实现信号光的完全反射传输。

图1显示了现有的钚芯光纤和硅芯光纤混合的折射率发生变化。利用硅核心技术,构建了康宁公司SMF-28reg等光纤波动减少。ULL(UltraLowLoss)显示器硅芯光纤,1550纳米的波动可以减少到0.16db/km(普通光纤为0.20db/km)。

将超低损耗光纤应用于量子通信是实用量子密钥分发技术最重要的三个目标:缩短安全通信距离、提高安全速度和提高系统安全性。那么超低损耗光纤在这方面是如何表现的呢?1)减少安全通行距离远距离广域量子密钥发放需要分两个阶段构建,首先要通过光纤建立100公里的双边城市网。

经典

然后通过可靠的中继器建立双边视外网络。我国这一领域的应用也在一定程度上回到了世界前列,2017年开通的京沪双边干线全长2000公里,共用于32个可靠的中继站,两个中继站之间的平均距离为62.5公里。

使用超低损耗光纤时,必须增加各中继站之间的距离,理论上可靠的中继站更少(图3右图)。中转国数量的增加可能会增加设备的投入。

另一方面,通过增加整个链路的潜在安全风险(可信中继站是双边安全技术的安全更脆弱的部分),提高链路的整体安全性能。2)降低比特率量子通信的密钥分解速度是根据QKD系统性能的好坏最重要的指标,低比特率可以加密更好的数据,还可以配置更简单的加密系统。而且,只有达到一定速度的量子秘钥发放才有商业价值。

(约翰肯尼迪,北方执行局(美国电视网)),成功比特率不会随着距离的减少而出现圆形指数波动。超低损耗光纤在一定程度上传输距离内波动较低(图5),因此,如果系统配置完全相同,则需要获得更高的比特率。

使用超低损耗光纤(如100公里的距离)比普通光纤的链路波动低3dB左右,从而大大提高了系统密钥生成速度。3)在基于商业化单光子技术的量子密钥传输系统中,促进经典信号和光纤的共纤传输,量子通道和经典通道分别由不同的光纤独立国家传输。

这是因为量子信道信号强度比经典通信信号小得多。因为如果量子通道和经典通信同时传输,经典通道的强信号会产生一系列非线性效果,严重影响QKD系统的传输效果(例如,通道串扰、拉曼衍射、自发辐射)。如果双边通信和经典光电传输系统能够建立共纤传输,就必须大大降低双边秘密通信网络建设成本,不利于双边秘密通信的简易性和推进。

目前,海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都积极参与研究,实施千兆光通信、10G波子系统、QKD量子信道自适应光纤实验。中国电信和科大国盾积极参与研究,完成了100万亿、千兆光通信、波导系统等QKD量子通道共享光纤实验。

该实验是世界上第一个商用量子密钥分发系统和商用8Tbps(80100Gbps)大容量密集波分配系统总光纤远距离传输实验,在超低损耗光纤上构建了10。因此,经过多家研究机构对超低损耗光纤的实验测试和实战测试,超低损耗光纤在缩短安全通信距离、提高安全率、提高系统安全性方面具有很大优势。

将推进双边计算和双边秘密通信领域的缓慢发展,推迟双边计算时代最重要的网络基础设施。


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