研究人员展示了量子信号和经典信号的共同传播

在一项新的研究中，来自Orange和东芝欧洲的研究人员表明，量子数据通道和经典光信号都可以在同一根光纤中以低错误率传播几十公里。新方法允许在已部署的网络中使用QKD，从而降低实施量子密钥分发(QKD)以实现安全数据传输的成本。

来自法国Orange创新部门的Erwan Pincemin将在2023年3月5日至9日在圣地亚哥举行的光纤通信会议(OFC)上介绍这项新研究。

这项工作表明，我们可以在同一根光纤中与WDM数据通道共同传播量子通道，而无需改变操作WDM链路的工程规则。在这种配置中获得的高密钥速率对于在运营商网络中引入QKD非常有希望“，Orange光通信高级专家Paulette Gavignet说。

QKD使用光的量子特性来生成用于加密和解密数据的安全随机密钥。尽管这种方法提供了一种极其安全的加密数据方式，但由于将现有网络转换为支持 QKD 的系统的成本和限制，广泛部署受到了阻碍。由于共传播光的散射，尝试通过现有光纤网络传输量子信号通常会遭受高错误率。

在这项新工作中，来自法国Orange创新部门和英国东芝欧洲有限公司的研究人员评估了由东芝设计和建造的商业多路复用QKD系统。为了尽量减少散射的影响，他们使用1310-nm量子通道来增加量子通道和QKD服务通道以及多路复用数据通道之间的光谱分离。他们还在QKD接收器上添加了高消光光谱滤波器和时域门控，以将量子通道与共同传播的信号和散射光隔离开来，从而提高了信噪比。使用动态调整各种光学参数的自动自优化例程进一步优化每个通信链路的性能。

研究人员测试了QKD系统，看看它是否可以在已经部署在现场的波分复用(WDM)链路上实现，并确定标准单模光纤中有多少WDM通道可以与QKD信号混合。他们发现，使用100 Gb/s的60通道WDM在1310 nm处共同传播QKD量子通道产生了6 Tb / s的总数据速率。此外，对于 50 km 和 70 km 光纤长度，都可以发射具有非常高聚合功率的安全密钥。这些结果表明，在数据中心互连应用中，商用QKD系统可以部署在现有的100 Gb/s和400 Gb/s信道的全填充WDM链路上。

新结果表明，与量子通道共同传播的通道数量和/或总比特率并不是评估经典通道和QKD通道共存能力的最佳参数。相反，最重要的参数是与量子通道共同传播的WDM总功率。考虑到这一点，研究人员提出了一种新的品质因数，称为共传播效率，用于评估经典和QKD信号共传播的性能。基于这个指标，他们确定新的QKD实现优于以前的共同传播实验。

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