Quantum Key Distribution G652 Vs G655 Fasern getestet in U-Bahnnetzen

Stellen Sie sich eine Welt vor, in der Ihre Bankkonten, Ihre Krankenakten und sogar Staatsgeheimnisse durch mathematische Rätsel geschützt sind, die in einem Augenblick gelöst werden könnten.Das Aufkommen des Quantencomputers hat diese prekäre Realität geschaffen., die die gegenwärtigen Verschlüsselungsmethoden überholt machen könnte.Quantum Key Distribution (QKD) entwickelt sich zu einer revolutionären Lösung, eine Technologie, die die Prinzipien der Quantenmechanik nutzt, um bedingungslos sichere kryptographische Schlüssel zu erstellen.

Die derzeitigen Verschlüsselungssysteme beruhen auf der Rechenkomplexität, die Quantencomputer bald überwinden könnten.QKD bietet einen grundsätzlich anderen Ansatz, dessen Sicherheit eher durch die Gesetze der Physik als durch die mathematischen Schwierigkeiten gewährleistet ist.Als erstes Quanten-Kommunikationsprotokoll, das Industrialisierung und Kommerzialisierung erreicht hat,QKD hat nationale und internationale Initiativen zur Integration in die bestehende Telekommunikationsinfrastruktur ausgelöst.

Die Telekommunikationsnetze verwenden überwiegend zwei Arten von Ein-Mode-Fasern: G.652 und G.655Beide entsprechen den ITU-T-Standards und unterstützen die Übertragung in Wellenlängen von 1310 nm und 1550 nm, unterscheiden sich jedoch erheblich in ihren Dispersionsmerkmalen:

• G.652 Faserist für den Betrieb bei 1310 nm mit null Dispersion bei dieser Wellenlänge optimiert
• G.655 Faserübertrifft im 1550 nm-Band (C-Band: 1530-1660 nm) mit niedrigeren Dispersionswerten

Der höhere Brechungsindex der G.655-Faser bietet eine größere numerische Blende und einen größeren Akzeptanzwinkel, was sie ideal für anspruchsvolle Umgebungen wie Fern- oder U-Bootkommunikation macht.Seine Kompatibilität mit erbium-doppierten Faserverstärkern (EDFA) macht ihn auch für WDM-Systeme (Wavelength-Division Multiplexing) bevorzugt.

Trotz ihrer weit verbreiteten Verwendung bleiben direkte Vergleiche von G.652- und G.655-Fasern für polarisierungscodierte QKD-Anwendungen knapp.Diese Studie untersucht diese Lücke durch Feldversuche an städtischen Glasfasernetzen in der italienischen Region Venetien, wobei die beiden Fasertypen unter identischen Bedingungen verglichen werden.

Bei den Tests wurde eine 19 km lange Glasfaserverbindung zwischen Treviso und Venedig-Mestre genutzt, die von Retelit S.p.A. betrieben wird.Die parallele Anlage beider Fasertypen ermöglichte einen kontrollierten Vergleich der UmweltauswirkungenHaupteigenschaften:

• G.655 Faser:Teil eines 36-Kern-Kabels mit 94% aktiver Datenübertragung
• G.652 Faser:Teil eines 72-Kern-Kabels mit nur 8% Auslastung

Für die Studie wurde das QuKy-System von ThinkQuantum srl eingesetzt, das das BB84-Protokoll mit Polarisationscodierung implementiert.

• 24-Stunden-Betrieb mit "dunklen Fasern" für beide Fasertypen
• Koexistenzprüfungen mit klassischen Kommunikationssignalen
• Optische Zeitbereichsreflectometer (OTDR) -Messungen

Die 24-Stunden-Betriebszeit brachte bedeutende Ergebnisse:

• Schlüsselgenerationsrate:G.655-Fasern zeigten eine überlegene Leistung
• Quantum Bit Error Rate (QBER):Beide Fasern behielten akzeptable Werte bei, wobei G.652 geringfügig bessere Ergebnisse zeigte
• Klassische Signalstörungen:Durch eine ordnungsgemäße Leistungssteuerung und Filterung verwaltbar
• Kanalstabilität:Beide Fasern behielten während der gesamten Prüfung eine gleichbleibende Leistung bei

Die Studie bestätigt, dass beide Fasertypen städtische QKD-Netzwerke unterstützen können, wobei G.655 Vorteile bei der Schlüsselgenerationsrate bietet, während G.652 eine etwas bessere Fehlerleistung bietet.Die erfolgreichen Koexistenzversuche belegen die Lebensfähigkeit von QKD in Betriebsnetzen mit klassischem Verkehr.

Weitere Faktoren, die die Leistung der QKD beeinflussen, sind:

• Eigenschaften der Dispersion im Polarisierungsmodus (PMD)
• Nichtlineare Effekte bei hoher Leistung
• Umweltbelastungen und Temperaturänderungen
• Nachbearbeitungsalgorithmen für die Schlüsseldestillation

Die zukünftige Forschung sollte Folgendes untersuchen:

• QKD-Implementierungen für längere Strecken
• Verbesserte Integration mit klassischen Netzen
• Entwicklung neuer QKD-Protokolle
• Praktische Einsatz in den Finanzsektoren und im öffentlichen Sektor

Diese Studie liefert wertvolle Erkenntnisse für Netzbetreiber, die die Einführung von QKD planen, und zeigt, dass die vorhandene Glasfaserinfrastruktur die nächste Generation der quantumschutzsicheren Kommunikation unterstützen kann.