양자 키 분포 G652 대 G655 광섬유 지하철 네트워크에서 테스트

은행 계좌, 의료기록, 심지어 국가 비밀까지 수학적 수수께끼로 보호받는 세상을 상상해보세요.양자 컴퓨팅의 등장으로 인해, 현재 암호화 방법을 쓸모 없게 만들 위협.양자키 분배 (QKD) 는 양자역학의 원리를 활용한 혁신적인 솔루션으로 등장합니다. 조건없이 안전한 암호 키를 만들기 위해.

현재 암호화 시스템은 계산 복잡성에 의존합니다. 양자 컴퓨터가 곧 극복할 수 있습니다.QKD는 근본적으로 다른 접근법을 제공합니다. 그것의 안전은 수학적 어려움보다는 물리 법칙에 의해 보장됩니다.산업화와 상용화를 달성한 최초의 양자 통신 프로토콜으로서QKD는 기존 통신 인프라에 통합하기 위한 국가 및 국제적 시도를 촉발했습니다..

통신망은 주로 G.652와 G라는 단일 모드 섬유의 두 가지 유형을 사용합니다.655둘 다 ITU-T 표준을 준수하고 1310 nm 및 1550 nm 파장의 전송을 지원하지만 분산 특성은 크게 다릅니다.

• G.652 섬유이 파장의 0분산으로 1310nm 동작에 최적화되어 있습니다.
• G.655 섬유1550 nm 대역 (C 대역: 1530-1660 nm) 에서 낮은 분산 값으로 우수합니다.

G.655 섬유의 더 높은 굴절 지수는 더 큰 수치 개방과 더 넓은 수용 각도를 제공하여 장거리 또는 잠수함 통신과 같은 도전적인 환경에 이상적입니다.에르비움 도핑 섬유 증폭기 (EDFA) 와의 호환성 때문에 파장 분할 멀티플렉싱 (WDM) 시스템에도 더 적합합니다..

광범위한 사용에도 불구하고 양극화 코딩 QKD 응용 프로그램에 대한 G.652 및 G.655 섬유의 직접적인 비교는 여전히 희귀합니다.이 연구는 이탈리아 베네토 지역의 광섬유 네트워크에서 실시된 현장 실험을 통해 이 격차를 해결합니다., 동일한 조건에서 두 종류의 섬유를 비교합니다.

테스트는 Retelit S.p.A.가 운영하는 Treviso와 Venice-Mestre 사이의 19km 광섬유 연결을 사용했습니다.두 종류의 섬유의 병행 설치는 환경 영향의 통제된 비교를 허용주요 특징:

• G.655 섬유:36코어 케이블의 일부분, 94%의 활성 데이터 전송
• G.652 섬유:72코어 케이블의 일부, 점유율 8%만

이 연구에서는 양극화 코딩으로 BB84 프로토콜을 구현한 ThinkQuantum srl의 QuKy 시스템을 사용했습니다. 테스트는 다음을 포함했습니다.

• 24시간 '다크 파이버' 동작
• 클래식 통신 신호와 공존 테스트
• 광적 시간 영역 반사계 (OTDR) 측정

24시간 연속 운영은 중요한 결과를 가져왔습니다.

• 핵심 생산율:G.655 섬유는 뛰어난 성능을 보여주었습니다.
• 양자 비트 오류 비율 (QBER):두 섬유 모두 수용 가능한 수준을 유지했으며 G.652는 약간 더 나은 결과를 보여주었습니다.
• 클래식 신호 간섭:적절한 전력 제어 및 필터링을 통해 관리 할 수 있습니다
• 채널 안정성:두 섬유 모두 테스트 기간 동안 일관된 성능을 유지

이 연구는 두 섬유 유형 모두 광역 QKD 네트워크를 지원할 수 있음을 확인하고 있으며, G.655는 키 생성 속도에서 이점을 제공하며 G.652는 약간 더 나은 오류 성능을 제공합니다.성공적인 공존 테스트는 전통적인 트래픽을 운반하는 운영 네트워크에서 QKD의 생존성을 보여줍니다..

QKD 성능에 영향을 미치는 추가 요인은 다음과 같습니다.

• 양극화 모드 분산 (PMD) 특성
• 높은 전력 수준에서 비선형 효과
• 환경 스트레스 및 온도 변동
• 키 디스틸레이션을 위한 후처리 알고리즘

미래의 연구는 다음을 탐구해야 합니다.

• 장거리 QKD 구현
• 고전적 네트워크와의 통합 강화
• 새로운 QKD 프로토콜 개발
• 금융 및 정부 부문에서의 실용적 배치

이 연구는 QKD 배포를 계획하는 네트워크 운영자에게 귀중한 통찰력을 제공하며, 기존의 광섬유 인프라가 차세대 양자 보안 통신을 지원할 수 있음을 보여줍니다.