توزیع کلید کوانتومی G652 در مقابل فیبر G655 در شبکه های مترو آزمایش شده است

تصور کنید دنیایی که حساب های بانکی، سوابق پزشکی و حتی اسرار دولتی شما توسط پازل های ریاضی که می توانند در یک لحظه حل شوند، محافظت می شوند.ظهور کامپیوترهای کوانتومی این واقعیت ناامن را ایجاد کرده است، تهدید می کند که روش های رمزگذاری فعلی را منسوخ کند.توزیع کلید کوانتومی (QKD) به عنوان یک راه حل انقلابی ظهور می کند، فناوری ای که از اصول مکانیک کوانتومی برای ایجاد کلید های رمزنگاری بی قید و شرط استفاده می کند..

سیستم های رمزگذاری فعلی بر پیچیدگی محاسباتی تکیه می کنند که کامپیوترهای کوانتومی به زودی می توانند بر آن غلبه کنند.QKD یک رویکرد اساسا متفاوت ارائه می دهد. امنیت آن توسط قوانین فیزیک تضمین می شود نه مشکل ریاضی.به عنوان اولین پروتکل ارتباطات کوانتومی که به صنعتی شدن و تجاری شدن می رسد،QKD باعث ایجاد ابتکارات ملی و بین المللی برای ادغام آن در زیرساخت های مخابراتی موجود شده است.

شبکه های مخابراتی عمدتاً از دو نوع فیبر تک حالت استفاده می کنند: G.652 و G.655هر دو مطابق با استانداردهای ITU-T هستند و از انتقال در طول موج 1310 nm و 1550 nm پشتیبانی می کنند ، اما ویژگی های پراکندگی آنها به طور قابل توجهی متفاوت است:

• فیبر G.652برای عملکرد 1310 نانومتر با انتشار صفر در این طول موج بهینه شده است
• فیبر G.655در محدوده 1550 نانومتر (C-band: 1530-1660 نانومتر) با مقادیر پایین تر پراکندگی

شاخص شکنندگی بالاتر فیبر G.655، دیافراگم عددی بیشتری و زاویه پذیرش گسترده تری را فراهم می کند، که آن را برای محیط های چالش برانگیز مانند ارتباطات طولانی مدت یا زیردریایی ایده آل می کند.سازگاری آن با تقویت کننده های فیبر اربیوم (EDFA) نیز باعث می شود که برای سیستم های چندگانه سازی تقسیم طول موج (WDM) ترجیح داده شود.

با وجود استفاده گسترده از آن ها، مقایسه مستقیم فیبر های G.652 و G.655 برای کاربردهای کد QKD قطبی هنوز کمیاب است.این مطالعه این شکاف را از طریق آزمایشات زمینی انجام شده در شبکه های فیبر شهری در منطقه ونتو ایتالیا برطرف می کند.، مقایسه دو نوع فیبر در شرایط یکسان.

این آزمایش ها از یک اتصال فیبر 19 کیلومتری بین Treviso و Venice-Mestre استفاده می کنند که توسط Retelit S.p.A. اجرا می شود.نصب موازی هر دو نوع فیبر امکان مقایسه کنترل شده اثرات زیست محیطی را فراهم می کندویژگی های کلیدی:

• فیبر G.655:بخش از یک کابل 36 هسته ای با 94٪ انتقال فعال داده
• فیبر G.652:قسمتی از یک کابل ۷۲ هسته ای که تنها ۸٪ اشغال دارد

در این مطالعه از سیستم QuKy شرکت ThinkQuantum srl استفاده شده است که پروتکل BB84 را با کدنویسی قطبی اجرا می کند.

• عملکرد 24 ساعته "صنابل تاریک" در هر دو نوع فیبر
• آزمایشات همزیستی با سیگنال های ارتباطی کلاسیک
• اندازه گیری های رفلکتومتر دامنه زمانی نوری (OTDR)

عملیات 24 ساعته به صورت مداوم نتایج قابل توجهی را به دست آورد:

• نرخ تولید کلیدی:فیبر G.655 عملکرد برتر را نشان داد
• نرخ خطای بیت کوانتومی (QBER):هر دو فیبر سطح قابل قبولی را حفظ کردند و G.652 نتایج کمی بهتر را نشان داد.
• اختلال سیگنال کلاسیک:قابل کنترل از طریق کنترل و فیلتر کردن مناسب قدرت
• ثبات کانال:هر دو فیبر عملکرد ثابت را در طول آزمایش حفظ کردند

این مطالعه تایید می کند که هر دو نوع فیبر می توانند از شبکه های QKD شهری پشتیبانی کنند، با G.655 که مزایای نرخ تولید کلید را ارائه می دهد در حالی که G.652 عملکرد خطای کمی بهتر را ارائه می دهد.آزمایشات موفقیت آمیز همزیستی نشان می دهد که QKD در شبکه های عملیاتی که ترافیک کلاسیک را حمل می کنند، قابل اجرا است.

عوامل دیگری که بر عملکرد QKD تأثیر می گذارند عبارتند از:

• ویژگی های پراکندگی حالت قطبی (PMD)
• اثرات غیرخطی در سطوح قدرت بالا
• استرس های محیطی و تغییرات دمایی
• الگوریتم های پس از پردازش برای ترشی کلیدی

تحقیقات آینده باید بررسی کنند:

• پیاده سازی QKD از راه دورتر
• ادغام بهتر با شبکه های کلاسیک
• توسعه پروتکل های جدید QKD
• استفاده عملی در بخش های مالی و دولتی

این مطالعه بینش های ارزشمندی را برای اپراتورهای شبکه ارائه می دهد که در حال برنامه ریزی برای استفاده از QKD هستند و نشان می دهد که زیرساخت های فیبر موجود می توانند از نسل بعدی ارتباطات کوانتومی پشتیبانی کنند.