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什么叫极低耗损光纤?


随之信息科技的迅速发展趋势,通信网络的安全隐患日渐明显。电子计算机的算力不断提高,传统式的数据加密方式 遭遇极大的风险性,在量子计算机的破解之中将千疮百孔。
从而,生物学家便应用场景物理学和密码学开发设计出去量子密匙派发技术性(Quantum Key Distribution,QKD),称之为量子信息保密通讯,为网络信息安全出示了强大的确保。
量子信息保密通讯的基本原理是运用量子态的不能精确测量和不能拷贝性,在通信光缆的两边用量子密匙对信息加密,信息内容假如被捕获或是拷贝,原来的量子态会被毁坏,进而使传送方了解监听者的存有,因此量子通信也被称作彻底安全性的传输数据计划方案。
殊不知,量子信息保密技术性,在超远距离通讯时,却遭遇众多挑戰。
量子态的二次电子不可缺少、不能拷贝,不可以像传统式通讯那般开展拷贝变大,巨大限定了光纤中的量子密匙派发间距。因而以二次电子技术性为基本的量子信息保密通讯,传送间距挺大水平上在于路线中的耗损,更低衰减系数的光纤是增加传送间距的合理方法。
因而,极低耗损光纤在量子通信中的运用将越来越尤为重要。
那麼,什么叫极低耗损光纤?

光纤的耗损关键来源于于纤芯原材料的瑞利散射耗损和消化吸收耗损。传统式光纤在生产制造时要在纤芯中夹杂来提升纤芯的折射率,但却会造成较高的瑞利散射和光纤衰减系数。而极低耗损光纤在纤芯中应用纯sio2,绝缘层夹杂减低折射率,那样既减少了纤芯瑞利散射产生的衰减系数,又可保持数据信号光光的反射的传送。

图1为基本掺锗纤芯光纤和纯硅纤芯光纤的折射率遍布图示。应用纯硅芯技术性保持了光纤衰减系数的减低,如康宁公司的SMF-29庐 ULL(Ultra LowLoss,极低耗损)纯硅芯光纤,1550 nm处的衰减系数能够 减低至0.20 dB/km(基本光纤为0.20 dB/km)。
极低耗损光纤在量子通信中的运用
针对量子通信而言,提升安全性通讯间距、提升安全性成码率和提升系统软件的安全系数,是应用性量子密匙派发技术性最关键的3个总体目标。那麼极低耗损光纤在这里好多个层面主要表现怎样呢?
1)提升安全性行驶间距
针对远距离广域的量子密匙派发,需分为2个流程保持,最先根据光纤保持百千米的量子城域互联网;随后根据可靠中继器保持量子城际铁路互联网。在我国这一应用领域也一样走在全球前例,2018年启用的地区北京量子主干线,总长为3000 km,共应用31个可信度中继站,每2个中继站中间的均值间距为62.5 km。而假如选用极低耗损光纤,可以提高每一中继站中间的间距,基础理论上必须的可靠中继站越来越少(如图所示3图示)。中继站总数的降低不仅能够 降低机器设备的资金投入;与此同时也降低了全部外链的潜在性安全风险(可信度中继站是量子信息保密技术性中安全性比较基础薄弱的阶段),提升了外链的总体安全系数。
2)提升成码率
量子通信的密匙转化成速度既成码率是考量QKD系统软件特性好坏的关键指标值,高的成码率能够 数据加密大量的统计数据,产生更繁杂的数据加密管理体系,并且只能抵达必须速度的量子秘钥派发才具备商业使用价值。成码率会随之间距提升而呈指数值衰减系数。极低耗损光纤在一样的传送间距内的衰减系数更低(见图5),因而在系统设置同样的状况下可以出示更高的成码率。如150 km的间距,选用极低耗损光纤比一般光纤的外链衰减系数低3 dB上下,明显提升了系统软件密匙成码率。
3)促进經典数据信号与光纤的共纤传送的产品化
应用场景二次电子技术性的量子密匙派发系统软件中,量子信道和經典信道各自从不一样的光纤单独传送。这由于量子信道信号强度比經典通讯数据信号的抗压强度小许多,假如量子信道和經典信通同时传送,經典信道的强数据信号造成一连串离散系统效用严重危害QKD系统软件的传送实际效果,如信道串扰、拉曼散射、自发辐射。而量子通信与經典光传送系统软件假如能保持共纤传送,可以大幅度降低量子信息保密网络通信基本建设成本费,有益于量子信息保密通讯的好用与营销推广。
现阶段海外的欧州飞利浦欧州试验室、法国日内瓦大学、西班牙马德里高校等均进行了有关科学研究,保持了千兆光通信、10 G波分系统软件和QKD量子信道多路复用光纤的试验。中国,中国电信网和科大国盾协作进行了有关科学研究,进行了百兆、千兆光通信及其波分系统软件等和QKD量子信道同用光纤的实验,该试验是全世界首例商业量子密匙派发系统软件与商业8 Tbps(90×150 Gbps)大空间聚集波分复用系统软件共纤较长距传送实验,在极低耗损光纤上保持了150 km左右单跨传送。
因而,历经好几个科学研究组织对极低耗损光纤的试验检测与实践活动检测,极低耗损光纤在提升安全性通讯间距、提升安全性成码率和提升系统软件的安全系数都具备显著优点,终将促进量子计算和量子信息保密通讯行业的迅速发展趋势,并在量子计算的时期饰演关键的互联网基础设施建设。
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