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英國(guó)開(kāi)通全球首個(gè)用于測(cè)試的商用級(jí)量子網(wǎng)絡(luò)，將測(cè)試量子密鑰分發(fā)(QKD)。該機(jī)制采用量子力學(xué)原理(觀察影響結(jié)果)而非數(shù)學(xué)復(fù)雜度來(lái)保證密鑰安全。

該125公里長(zhǎng)的光纖鏈路是英國(guó)量子網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃的一部分，該計(jì)劃屬于研究與工業(yè)界的協(xié)作項(xiàng)目，受到英國(guó)國(guó)家量子技術(shù)項(xiàng)目的支持。新網(wǎng)絡(luò)連接電信巨頭英國(guó)電信(BT)位于英格蘭東部伊普斯維奇市的阿達(dá)斯楚科技園和劍橋。

承載傳統(tǒng)流量和量子流量的網(wǎng)絡(luò)

3月26日，BT宣稱(chēng)，該網(wǎng)絡(luò)將在承載加密數(shù)據(jù)本身的光纖上通過(guò)量子信道分發(fā)密鑰。

測(cè)試將先聚焦COW協(xié)議，即相干單向 (Coherent One-Way) 量子密鑰分發(fā)協(xié)議。粗略地說(shuō)，就是在單個(gè)光子(光的粒子)上編碼密鑰。由于只要觀測(cè)光子就會(huì)改變光子的編碼，密鑰的安全性便能在鏈路另一端得到測(cè)試和保證。

確保數(shù)據(jù)不淹沒(méi)量子信號(hào)是個(gè)艱巨的挑戰(zhàn)。我們采用特殊的過(guò)濾器和最優(yōu)算法來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。

將BT的研究帶入光纖網(wǎng)絡(luò)尤其是QKD的 Andrew Lord 在發(fā)給媒體的電子郵件中評(píng)論道：該QKD鏈路是2年的合作成果。鏈路采用已鋪設(shè)的BT光纖，走的BT交換，涉及的全部設(shè)備都是商用級(jí)的。

光纖數(shù)據(jù)和量子密鑰的結(jié)合是全球首創(chuàng)，確保數(shù)據(jù)不淹沒(méi)量子信號(hào)是個(gè)艱巨的挑戰(zhàn)，我們采用特殊的過(guò)濾器和最優(yōu)算法來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。該網(wǎng)絡(luò)證明了QKD已成熟，期待在未來(lái)能引入現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)中。

該網(wǎng)絡(luò)本身的數(shù)據(jù)傳輸率為500Gbit/s，使用現(xiàn)成的IDQ和ADVA設(shè)備，是標(biāo)準(zhǔn)的高損耗光纖。

BT宣稱(chēng)：該新高速鏈路可供測(cè)試和驗(yàn)證新量子技術(shù)，包括試驗(yàn)如何利用這些技術(shù)在醫(yī)療、銀行、國(guó)防和物流等垂直行業(yè)領(lǐng)域保護(hù)關(guān)鍵及敏感數(shù)據(jù)。

QKD面臨的一個(gè)主要問(wèn)題還是距離，目前依舊限制在幾百公里的光纖長(zhǎng)度上。這是因?yàn)槌休d信息的光子會(huì)逸散，降低形成密鑰的速度。(截至目前，QKD最長(zhǎng)演示距離為404公里特低損耗光纖，安全密鑰速率為1.15比特/小時(shí)。)

量子密鑰分發(fā)：雙場(chǎng)推進(jìn)或可增加傳輸距離

雖然使用COW協(xié)議的QKD網(wǎng)絡(luò)可通過(guò)菊花鏈（dasiy chain）增加總傳輸距離，但這要求中繼站要位于安全的位置。目前正在研究的一個(gè)解決辦法是雙場(chǎng)QKD——從光纖兩端發(fā)送光脈沖到中心位置，在中心位置檢測(cè)光子；中心位置無(wú)需保證安全。

Andrew Lord 表示：計(jì)劃未來(lái)采用多種其他協(xié)議，包括雙場(chǎng)和糾纏。

該量子安全鏈路不僅直接連接BT實(shí)驗(yàn)室和劍橋大學(xué)的研究設(shè)施，還連接各自附近的劍橋科技園和伊普斯威奇市馬特爾舍姆創(chuàng)新園里眾多高科技產(chǎn)業(yè)。這就為主攻量子安全網(wǎng)絡(luò)的大量試驗(yàn)項(xiàng)目打開(kāi)了測(cè)試大門(mén)，并為業(yè)界提供了開(kāi)發(fā)利用的潛力。

劍橋和約克大學(xué)傾力參與該網(wǎng)絡(luò)由量子通信中心核心合作伙伴BT，以及劍橋大學(xué)和約克大學(xué)承建。ID Quantique 和ADVA提供QKD系統(tǒng)、光傳輸設(shè)備和集成所需的系統(tǒng)特定專(zhuān)業(yè)知識(shí)。

英國(guó)大學(xué)、科學(xué)、研究和創(chuàng)新國(guó)務(wù)部長(zhǎng)Chris Skidmore 稱(chēng)：

薩福克郡和劍橋之間的首個(gè)商用級(jí)量子網(wǎng)絡(luò)鏈路是保護(hù)英國(guó)不受網(wǎng)絡(luò)威脅的重要一步。我們現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略的成功，有賴(lài)于我們保持英國(guó)作為創(chuàng)新溫床的地位。我們已將人工智能和數(shù)據(jù)確定為筑牢我們?cè)谛录夹g(shù)利用方面全球領(lǐng)先聲譽(yù)的重大挑戰(zhàn)，我們將通過(guò)產(chǎn)業(yè)界、政府和國(guó)家量子技術(shù)計(jì)劃之間的持續(xù)合作，在量子技術(shù)方面取得創(chuàng)新成就。