科学家们成功实现了量子数据信道和经典光信号在同一条光纤内传播
在一项新的研究中，来自法国，智利和英国的科学家们证明，量子数据信道和经典光信号都可以在同一光纤中以低错误率传播几十公里。新方法可以通过允许在已经部署的网络中使用量子密钥分发QKD来降低实现安全数据传输的成本。这家公司和联合团队科学家们将在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，我们可以在同一光纤中实现量子信道与WDM数据信道的共传播，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率对于在运营商网络中引入QKD非常有希望。”参与这项研究的一位高级光通信专家说道。
QKD利用光的量子特性生成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数据加密方式，但由于将现有网络转换为支持QKD的系统的成本和限制，广泛部署受到了很多阻碍。由于共传播光的散射，在现有光纤网络上传输量子信号的尝试通常会有极大的误差。
而在这项新的研究中，来自英国的科学家们评估了联合团队设计和制造的商用多路QKD系统。为了最小化散射的影响，他们使用1310 nm量子信道来增加量子信道和QKD服务信道以及多路复用数据信道之间的光谱分离。他们还在QKD接收器处添加了高消光光谱滤波器和时域门控，以将量子信道与共传播信号和散射光隔离，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来进一步优化每个通信链路的性能。
科学家们测试了QKD系统，看看它是否可以在已经部署在该领域的波分复用（WDM）链路上实现，并确定有多少WDM信道可以在标准单模光纤中与QKD信号混合。他们发现，使用100 Gb/s的60信道WDM在1310 nm处的QKD量子信道的共传播产生了6 Tb/s的总数据速率。此外，对于50公里和70公里的光纤长度，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系统可以部署在具有100Gb/s和400Gb/s信道的现有完全填充WDM链路上。
新的结果表明，与量子信道共同传播的信道数量和/或总比特率不是评估经典和QKD信道共存能力的最佳参数。相反，最重要的参数是与量子信道共同传播的WDM总功率。考虑到这一点，科学家们提出了一个新的品质因数，称为共传播效率，用于评估经典和QKD信号共传播的性能。基于这一指标，他们确定新的QKD实现优于先前的共同传播实验。
