請問光路交換OCS如何實(shí)現(xiàn)安全的QKD網(wǎng)絡(luò)部署呢？

在日益互聯(lián)的世界中，數(shù)據(jù)安全變得至關(guān)重要。傳統(tǒng)加密方法雖然強(qiáng)大，但隨著量子計(jì)算能力的不斷發(fā)展，它們面臨著越來越大的挑戰(zhàn)。因此，量子密鑰分發(fā)（QKD）和光路交換（OCS）的重要性逐漸凸顯。在本文中，我們將概述 QKD，并探討 OCS 如何實(shí)現(xiàn)安全的 QKD 網(wǎng)絡(luò)部署以及全光交換在量子信息網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用。

量子密鑰分發(fā)（QKD）原理

量子密鑰分發(fā)（QKD）是一種前沿的加密技術(shù)，利用量子力學(xué)的基本原理來創(chuàng)建安全的通信通道。它依賴于量子糾纏的特性和海森堡不確定性原理來生成幾乎無法破解的加密密鑰。

以下是 QKD 的工作原理：

1、量子密鑰生成：QKD 系統(tǒng)使用量子比特源（通常是光子）來傳輸信息。這些粒子用量子態(tài)（例如極化）進(jìn)行編碼，以二進(jìn)制代碼表示0和1。

2、傳輸：隨后量子比特通過通信信道發(fā)送給接收方。任何試圖竊聽傳輸?shù)男袨槎紝⒏蓴_量子態(tài)，從而提醒雙方存在入侵。

3、密鑰比對：發(fā)送方和接收方比對收到的量子態(tài)子集，檢查是否有任何潛在竊聽引起的差異。如果通道是安全的，它們就會繼續(xù)提取共享密鑰。

4、安全通信：發(fā)送方和接收方利用共享密鑰進(jìn)行安全通信，例如加密和解密數(shù)據(jù)。 QKD 提供了“面向未來”的安全承諾，即使是最先進(jìn)的量子計(jì)算機(jī)也很難破解通過這種在密鑰更新之間生成的加密。通過量子通道通信的加密密鑰應(yīng)盡可能頻繁地更新，執(zhí)行此操作的速率取決于 QKD 發(fā)射端（通常稱為“Alice”）和接收端（“Bobs”）的功能以及它們之間的光纖鏈路的質(zhì)量。因此，在網(wǎng)絡(luò)中大規(guī)模部署 QKD 需要考慮底層基礎(chǔ)設(shè)施。

光路交換（OCS）技術(shù)必要性

為了充分發(fā)揮 QKD 在安全網(wǎng)絡(luò)中的潛力，我們需要強(qiáng)大而靈活的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。光路交換技術(shù)（OCS）在這方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。OCS 是一種能夠動態(tài)分配光資源、實(shí)現(xiàn)高效、安全的數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g(shù)。

以下是 OCS 增強(qiáng) QKD 網(wǎng)絡(luò)的方式：

1、資源分配：OCS 允許動態(tài)分配用于 QKD 通信的專用光路。這確保了量子密鑰通過安全、無干擾的通道傳輸，最大程度地減少竊聽的風(fēng)險(xiǎn)。

2、低延遲：OCS 提供低延遲切換，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模 QKD 網(wǎng)絡(luò)部署。量子密鑰交換和驗(yàn)證速度，對于維持安全通信至關(guān)重要。

3、可擴(kuò)展性：隨著 QKD 網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，OCS 可以根據(jù)需要重新分配光路來適應(yīng)不斷變化的需求。這種可擴(kuò)展性確保 QKD 可以無縫集成到現(xiàn)有和未來的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中。

4、應(yīng)用多樣化：除了 QKD 之外，OCS 還可以支持其他安全通信技術(shù)，例如傳統(tǒng)加密方法和數(shù)據(jù)中心互連，使其成為網(wǎng)絡(luò)安全的多功能工具。 在量子計(jì)算時(shí)代，量子密鑰分發(fā)具有巨大的潛力來保障通信安全。然而，要充分發(fā)揮量子密鑰分發(fā)的潛力，強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施至關(guān)重要。光電路交換提供了所需的靈活性、速度和安全性，使得無縫的量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)成為可能。

量子計(jì)算未來發(fā)展

與經(jīng)典計(jì)算機(jī)不同，量子計(jì)算利用疊加、糾纏、干擾和不確定性等量子特性來實(shí)現(xiàn)確定性結(jié)果，解決了傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)由于處理能力和存儲等計(jì)算挑戰(zhàn)而無法解決的問題。量子比特是量子信息的基本單位，存在于諸如芯片或處理器等物理設(shè)備中，是構(gòu)建量子計(jì)算的基礎(chǔ)模塊。隨著量子比特?cái)?shù)量的增加，計(jì)算潛力也隨之增加。預(yù)計(jì)到2030年，量子計(jì)算市場價(jià)值將達(dá)到 650 億美元（2019年為5.07 億美元，復(fù)合年增長率為 56%）。

盡管量子計(jì)算機(jī)已經(jīng)展現(xiàn)出超越經(jīng)典計(jì)算機(jī)的能力，但每個(gè)節(jié)點(diǎn)量子計(jì)算機(jī)能力始終是有限的。要想實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)大的量子計(jì)算能力，可以通過連接不同的量子計(jì)算節(jié)點(diǎn)來構(gòu)建龐大的分布式量子計(jì)算機(jī)，這就是量子互聯(lián)網(wǎng)的概念，它利用了量子通信、量子計(jì)算和量子精密測量等技術(shù)。量子互聯(lián)網(wǎng)的目標(biāo)之一是傳遞量子信息，并利用相互糾纏的量子網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，提高傳感靈敏度，超越經(jīng)典測量理論的極限，最終實(shí)現(xiàn)分布式量子計(jì)算網(wǎng)絡(luò)。

量子互聯(lián)網(wǎng)面臨的挑戰(zhàn)

要想實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的量子互聯(lián)網(wǎng)，要解決的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸是量子糾纏的長距離路由分發(fā)問題，方法之一是通過經(jīng)典的 DWDM 通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送基于光子的量子比特，分發(fā)量子糾纏信息路由到多個(gè)節(jié)點(diǎn)，這就需要路由交換系統(tǒng)。傳統(tǒng)的 OEO（光電光）交換機(jī)需要把光量子信息先轉(zhuǎn)換到電域交換再轉(zhuǎn)成光信息，很難保持量子相干性，這使得它們不太適合量子傳輸。

全光交換不必像 OEO 交換那樣重新生成信號，而是通過透明的全光開關(guān)全光域傳輸原始輸入光信號，而無需將其轉(zhuǎn)換為電格式。全光交換機(jī)的透明特性使其與協(xié)議、格式和數(shù)據(jù)速率無關(guān)，更有可能傳輸更遠(yuǎn)的距離并保持量子相干性。

全光交換機(jī)在量子網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用

在今年光通信盛會 OFC 2024上，全球知名全光交換機(jī)廠商 HUBER+SUHNER Polatis，在展會現(xiàn)場搭建了量子信息網(wǎng)絡(luò)演示系統(tǒng)，展示了量子糾纏信號在光纖上的分布和測量以及與經(jīng)典數(shù)據(jù)的共傳。該系統(tǒng)使用 Polatis 光開關(guān)進(jìn)行量子糾纏分發(fā)調(diào)度，多個(gè)波長信道被輸入一個(gè) NxN 全光開關(guān)，進(jìn)行編程控制向空間分離的用戶發(fā)送不同的量子糾纏信息，允許它們被路由到任何一個(gè)展位位置，分發(fā)傳輸距離超過26km。

Polatis 全光開關(guān)具有低插損、支持暗光連接（無需輸入光信號即可建立交換路由）、高可靠性等優(yōu)勢，更有 Ultra 系列插損低至0.5 dB，專為量子網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。一些全球領(lǐng)先的量子研究團(tuán)隊(duì)正在使用 Polatis 的全光開關(guān)進(jìn)行尖端的量子網(wǎng)絡(luò)研究。

凌云光全光交換（OCS）解決方案

凌云光自2001年起即關(guān)注光交換技術(shù)、產(chǎn)品與應(yīng)用的推廣，2015年正式與全球光交換廠家 HUBER+SUHNER Polatis 公司建立戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系，共同開創(chuàng)光交換應(yīng)用的新時(shí)代。HUBER+SUHNER Polatis 提供低損耗的全光交換解決方案，用于遠(yuǎn)程光纖層配置、保護(hù)、監(jiān)控、重新配置和測試。

基于可靠的、經(jīng)過現(xiàn)場驗(yàn)證的 DirectLight 光學(xué)矩陣開關(guān)技術(shù)，Polatis 動態(tài)光纖交叉連接可從8x8擴(kuò)展到 576x576 端口，并實(shí)現(xiàn)完全透明的連接，具有低損耗和無背反射，完全獨(dú)立于波長、功率或數(shù)據(jù)速率。動態(tài)光交叉連接是實(shí)現(xiàn)軟件定義的光網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施自動化和虛擬化的關(guān)鍵要素。Polatis 支持 RESTCONF 和 NETCONF，可輕松與 OpenDaylight 等流行的 SDN 控制器集成，還與前沿的傳輸 SDN 供應(yīng)商合作，以支持新興標(biāo)準(zhǔn)并確保我們的客戶受益于可靠的 SDN 解決方案。

審核編輯：劉清