Квантовое распределение ключей G652 Vs G655 Волокна тестируются в сетях метро

Представьте мир, где ваши банковские счета, медицинские записи и даже государственные секреты защищены математическими головоломками, которые можно решить мгновенно. Появление квантовых вычислений создало эту шаткую реальность, угрожая сделать существующие методы шифрования устаревшими. Квантовое распределение ключей (КРК) предстает как революционное решение — технология, использующая принципы квантовой механики для создания криптографически стойких ключей.

Современные системы шифрования основаны на вычислительной сложности, которую квантовые компьютеры могут скоро преодолеть. КРК предлагает принципиально иной подход — его безопасность гарантируется законами физики, а не математической сложностью. Являясь первым протоколом квантовой связи, достигшим индустриализации и коммерциализации, КРК стимулировал национальные и международные инициативы по его интеграции в существующую телекоммуникационную инфраструктуру.

В телекоммуникационных сетях преимущественно используются два типа одномодовых оптических волокон: G.652 и G.655. Оба соответствуют стандартам ITU-T и поддерживают передачу на длинах волн 1310 нм и 1550 нм, но их дисперсионные характеристики существенно различаются:

• Оптоволокно G.652 оптимизировано для работы на длине волны 1310 нм с нулевой дисперсией на этой длине волны
• Оптоволокно G.655 превосходно работает в диапазоне 1550 нм (C-диапазон: 1530-1660 нм) с более низкими значениями дисперсии

Более высокий показатель преломления оптоволокна G.655 обеспечивает большую числовую апертуру и более широкий угол ввода, что делает его идеальным для сложных условий, таких как дальняя или подводная связь. Его совместимость с усилителями на основе эрбия (EDFA) также делает его предпочтительным для систем спектрального уплотнения каналов (WDM).

Несмотря на широкое применение, прямые сравнения оптоволокна G.652 и G.655 для приложений КРК с поляризационным кодированием остаются редкими. Данное исследование устраняет этот пробел посредством полевых испытаний, проведенных на городских оптоволоконных сетях в регионе Венето, Италия, сравнивая два типа оптоволокна в идентичных условиях.

Испытания проводились на оптоволоконной линии длиной 19 км между Тревизо и Венецией-Местре, эксплуатируемой компанией Retelit S.p.A. Параллельная прокладка обоих типов оптоволокна позволила провести контролируемое сравнение воздействия окружающей среды. Ключевые характеристики:

• Оптоволокно G.655: Часть кабеля с 36 волокнами, 94% которых активно используются для передачи данных
• Оптоволокно G.652: Часть кабеля с 72 волокнами, только 8% которых заняты

В исследовании использовалась система QuKy компании ThinkQuantum srl, реализующая протокол BB84 с поляризационным кодированием. Тесты включали:

• 24-часовую работу на "темном волокне" на обоих типах оптоволокна
• Тесты на совместное использование с классическими сигналами связи
• Измерения с помощью оптического рефлектометра (OTDR)

24-часовая непрерывная работа дала значительные результаты:

• Скорость генерации ключей: Оптоволокно G.655 продемонстрировало превосходную производительность
• Коэффициент ошибок по квантовым битам (QBER): Оба типа оптоволокна поддерживали приемлемые уровни, при этом G.652 показал незначительно лучшие результаты
• Вмешательство классических сигналов: Управляемо с помощью надлежащего контроля мощности и фильтрации
• Стабильность канала: Оба типа оптоволокна поддерживали стабильную производительность на протяжении всего тестирования

Исследование подтверждает, что оба типа оптоволокна могут поддерживать городские сети КРК, при этом G.655 предлагает преимущества в скорости генерации ключей, а G.652 обеспечивает немного лучшие показатели ошибок. Успешные тесты на совместное использование демонстрируют жизнеспособность КРК в действующих сетях, передающих классический трафик.

Дополнительные факторы, влияющие на производительность КРК, включают:

• Характеристики поляризационной модовой дисперсии (PMD)
• Нелинейные эффекты при высоких уровнях мощности
• Воздействие окружающей среды и колебания температуры
• Алгоритмы постобработки для дистилляции ключей

Будущие исследования должны быть направлены на:

• Реализации КРК на более дальние расстояния
• Улучшенную интеграцию с классическими сетями
• Разработку новых протоколов КРК
• Практическое развертывание в финансовом и государственном секторах

Данное исследование предоставляет ценные сведения для сетевых операторов, планирующих развертывание КРК, демонстрируя, что существующая оптоволоконная инфраструктура может поддерживать квантово-защищенные коммуникации следующего поколения.