研究人员展示了量子信号和经典信号的共同传播

在一项新研究中，来自 Orange 和 Toshiba Europe 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误码率传播数十公里。通过允许在已部署的网络中使用 QKD，新方法可以降低实施用于安全数据传输的量子密钥分发 (QKD) 的成本。

来自法国 Orange Innovation 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) 上展示这项新研究。

这项工作表明，我们可以在同一根光纤中共同传播量子信道和 WDM 数据信道，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非常有希望在运营商网络中引入 QKD。”，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数据加密方式，但将现有网络转换为支持 QKD 的系统的成本和限制阻碍了广泛部署。由于共同传播光的散射，尝试通过现有光纤网络传输量子信号通常会遇到高错误率。

在这项新工作中，来自法国 Orange Innovation 部门和英国 Toshiba Europe Ltd. 的研究人员评估了由 Toshiba 设计和制造的商用多路 QKD 系统。为了最大限度地减少散射的影响，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程序进一步优化每个通信链路的性能。

研究人员测试了 QKD 系统，看它是否可以在已部署在现场的波分复用 (WDM) 链路上实施，并确定标准单模光纤中可以将多少 WDM 通道与 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 量子通道可产生 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，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，商业 QKD 系统可以部署在数据中心互连应用中具有 100 Gb/s 和 400 Gb/s 信道的现有完全填充的 WDM 链路上。

新结果表明，与量子信道共同传播的信道数量和/或总比特率并不是评估经典信道和 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，研究人员提出了一种新的品质因数，称为共同传播效率，用于评估经典和 QKD 信号共同传播的性能。基于这个指标，他们确定新的 QKD 实施优于以前的共同传播实验。