Kwantowa dystrybucja kluczy G652 Vs G655 Włókna przetestowane w sieciach metra

Wyobraź sobie świat, w którym twoje konta bankowe, akta medyczne, a nawet tajemnice państwowe są chronione przez matematyczne zagadki, które można rozwiązać w mgnieniu oka.Pojawienie się obliczeń kwantowych stworzyło tę niepewną rzeczywistość, co grozi przestarzałością obecnych metod szyfrowania.Quantum Key Distribution (QKD) to rewolucyjna technologia wykorzystująca zasady mechaniki kwantowej do tworzenia bezwarunkowo bezpiecznych kluczy kryptograficznych.

Obecne systemy szyfrowania opierają się na złożoności obliczeniowej, którą komputery kwantowe mogą wkrótce pokonać.QKD oferuje zasadniczo inne podejście, jego bezpieczeństwo jest gwarantowane przez prawa fizyki, a nie trudności matematyczne.Jako pierwszy protokół komunikacji kwantowej, który osiągnął industrializację i komercjalizację,QKD zapoczątkował krajowe i międzynarodowe inicjatywy mające na celu jego integrację z istniejącą infrastrukturą telekomunikacyjną.

Sieci telekomunikacyjne wykorzystują głównie dwa rodzaje włókien jednomodowych: G.652 i G.655Obie spełniają normy ITU-T i obsługują transmisję w długościach fali 1310 nm i 1550 nm, ale ich charakterystyka dyspersji znacznie się różni:

• Włókno G.652jest zoptymalizowany do pracy w zakresie 1310 nm z zerową dyspersją na tej długości fali
• Włókno G.655przewyższa zakres 1550 nm (zakres C: 1530-1660 nm) z niższymi wartościami dyspersji

Wyższy wskaźnik załamania włókna G.655 zapewnia większą aperturę numeryczną i szerszy kąt odbioru, co czyni je idealnym rozwiązaniem do wymagających środowisk, takich jak komunikacja dalekodystansowa lub podwodna.Jego kompatybilność z wzmacniaczami włókna dopowanego erbium (EDFA) sprawia, że jest również preferowany dla systemów multipleksu podziału długości fali (WDM).

Pomimo ich powszechnego wykorzystania, bezpośrednie porównania włókien G.652 i G.655 dla zastosowań QKD z kodowaniem polaryzacyjnym pozostają rzadkie.Badanie to rozwiązuje tę lukę poprzez badanie terenowe przeprowadzone na sieciach światłowodowych metropolitalnych w włoskim regionie Wenecji, porównując dwa rodzaje włókien w identycznych warunkach.

Badania wykonano na 19 km linii światłowodowej między Treviso a Wenecją-Mestre, prowadzonej przez Retelit S.p.A.Równoległa instalacja obu rodzajów włókien umożliwiła kontrolowane porównanie skutków dla środowiskaGłówne cechy:

• Włókna G.655:Część kablu 36-rdzeniowego z 94% aktywną transmisją danych
• Włókno G.652:Część kablu 72-rodzinnego z zajętością zaledwie 8%

W badaniu zastosowano system QuKy firmy ThinkQuantum srl, wdrażający protokół BB84 z kodowaniem polaryzacyjnym.

• Działanie "ciemnych włókien" przez 24 godziny na obu rodzajach włókien
• Badania współistnienia z klasycznymi sygnałami komunikacyjnymi
• Pomiary przez reflektometr optyczny w zakresie czasu (OTDR)

24-godzinnego trwania operacji przyniosło znaczące rezultaty:

• Wskaźnik kluczowej generacji:Włókno G.655 wykazało lepszą wydajność
• Poziom błędu kwantowego (QBER):Obie włókna utrzymywały dopuszczalne poziomy, przy czym G.652 wykazywał nieznacznie lepsze wyniki
• Klasyczne zakłócenia sygnału:Zarządzane poprzez odpowiednią kontrolę mocy i filtrowanie
• Stabilność kanału:Obie włókna utrzymywały stałą wydajność podczas wszystkich testów

Badanie potwierdza, że oba typy światła mogą obsługiwać metropolitalne sieci QKD, przy czym G.655 oferuje korzyści w zakresie szybkości generowania kluczowych, podczas gdy G.652 zapewnia nieco lepszą wydajność błędów.Udanie testów koegzystencji wykazało rentowność QKD w sieciach operacyjnych przewożących ruch klasyczny.

Dodatkowe czynniki wpływające na wyniki QKD obejmują:

• Charakterystyka dyspersji trybu polaryzacji (PMD)
• Efekty nieliniowe na wysokich poziomach mocy
• Naciski środowiskowe i zmiany temperatury
• Algorytmy przetwarzania późniejszego do destylacji kluczowej

W przyszłości badania powinny obejmować:

• Wdrożenia QKD na dłuższe odległości
• Zwiększona integracja z sieciami klasycznymi
• Opracowanie nowych protokołów QKD
• Wdrożenie praktyczne w sektorze finansowym i rządowym

Badanie to dostarcza cennych informacji operatorom sieci planującym wdrożenie QKD, pokazując, że istniejąca infrastruktura światłowodowa może obsługiwać komunikację zabezpieczoną kwantowo nowej generacji.