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印度近期在安全通信領域取得重大突破，成功在多芯光纖（MCF）上實現了量子密鑰分發（QKD），這一里程碑式的成就具有關鍵意義。它使得在單根光纜中同時傳輸量子密鑰和高速經典數據成為可能，從而成功擺脫了對傳統專用暗光纖的依賴，為通信方式帶來革新。

這一成果得益于Sterlite Technologies Limited（STL）與印度遠程通信技術開發中心（C-DOT）的緊密協作，有力地彰顯了“自力更生的印度”和“印度制造”的理念與精神內涵。

展望未來，這一突破將為量子安全技術融入5G和6G網絡、構建量子安全走廊，以及協同印度雄心勃勃的國家量子任務（旨在打造全面、集成的地面和衛星量子安全通信基礎設施）筑牢根基，意義深遠。

核心技術解析：多芯光纖與量子密鑰分發

印度量子安全通信能力的最新進展源于兩種不同但互補技術的協同應用：多芯光纖（MCF）和量子密鑰分發（QKD）。

多芯光纖（MCF）：下一代網絡的基礎

多芯光纖（MCF）代表了光纜設計的先進演進。它類似于單根物理光纜中的“多車道公路”，集成了多個獨立的光傳輸纖芯，而非傳統的單芯。這種創新設計允許同時傳輸更多數據，而無需額外的物理空間或鋪設新電纜的昂貴成本。

MCF對現代網絡基礎設施的優勢顯著：

1.空間效率極高：在緊湊的外形中最大化數據容量，這對于擁擠的城市環境和優化現有基礎設施尤為重要。

2.大幅節省基礎設施成本：減少了對大規模土建工程和新電纜鋪設的需求。

3.可擴展的設計：為應對未來網絡擴展（如5G 和 6G 部署）預期的指數級數據流量增長提供了可擴展的途徑。

全球領先的光學和數字解決方案公司Sterlite Technologies Limited（STL）在MCF技術方面展現了顯著的領導力。STL設計、開發并部署了印度首個MCF電纜基礎設施，包括空中和地下網絡，作為端到端解決方案。

這項開創性技術部署在印度電信部（DoT）贊助的位于馬德拉斯理工學院的先進光通信（AOC）測試平臺上。值得注意的是，STL是全球首家在地下和空中網絡基礎設施中積極部署MCF電纜的公司，并在全球光纖和電纜技術標準化方面積極發揮領導作用。

對于QKD集成，MCF提供了關鍵的架構優勢。傳統QKD系統通常需要專用的“暗光纖”作為量子通道，以防止來自經典數據流量的干擾。MCF的設計允許在單根光纜中設置多個獨立纖芯，從而將量子信號和經典信號物理分離到不同通道中。

這種分離至關重要，因為它允許敏感的量子信號保持完整性（這對QKD的安全原則至關重要），同時經典數據不受阻礙地流動。這使得MCF不僅是一種高容量光纖，更是一項基礎架構創新，直接解決了QKD部署的核心實際挑戰，將QKD從理論概念轉變為共享基礎設施中的可部署現實。

量子密鑰分發（QKD）：不可破解安全的承諾

圖：量子密鑰分發（QKD）系統

來源：《Modeling decoy state Quantum Key Distribution systems》

量子密鑰分發（QKD）是一種超安全通信方法，利用量子物理學的基本原理在雙方之間交換加密密鑰。與依賴數學復雜性（可能需要大量計算才能破解）的經典密碼學不同，QKD的安全性由物理定律本身保證，提供了一種根本不同且更強大的安全范式。

QKD的真正獨特之處在于其實時檢測任何攔截或篡改企圖的內在能力。根據量子力學原理，未經授權的一方試圖測量或復制量子密鑰，必然會干擾其量子態。這種干擾會立即向合法通信方發出竊聽者存在的警報，使他們能夠丟棄受損的密鑰并啟動新的交換。這種“不可破解”的特性使其優于傳統加密方法，因為傳統方法只能在事后檢測到漏洞。

從歷史上看，QKD系統的部署受到需要專用光纖線路（通常稱為“暗光纖”）的限制，以傳輸量子信號而不受經典數據流量的干擾。這一要求顯著增加了基礎設施成本和部署復雜性，限制了QKD的廣泛采用。

表：用于QKD的多芯光纖（MCF）與傳統光纖對比分析

印度的開創性突破：將QKD與多芯光纖集成

印度的這一成就標志著全球尋求安全通信的重要里程碑。這一創新的核心在于成功將量子密鑰分發與多芯光纖集成，這一壯舉對數字安全的未來具有深遠影響。

創新解析：量子密鑰與高速數據的同步傳輸

印度的突破核心在于成功演示了量子密鑰可以與同一多芯光纖（MCF）電纜中的常規高速數據安全傳輸。這消除了對QKD單獨專用光纖基礎設施的關鍵需求，而這一需求歷來是其廣泛采用的主要障礙。這一進展代表了從實驗室可行性到量子安全實際部署的根本轉變。雖然QKD已在研究環境中得到演示，但實際部署面臨重大障礙，主要是對專用基礎設施的需求。

這一里程碑式現場演示采用的方法涉及印度電信制造商，特別是STL和C-DOT，使用4芯MCF電纜在超過100公里的距離上傳輸量子密鑰。在這一創新設置中，一個纖芯專門用于傳輸量子密鑰，而其余三個纖芯同時處理高速經典數據流量。

試驗表明，在單根光纖上超過100公里的距離內，即使同時傳輸高容量經典數據，QKD鏈路仍穩定、無錯誤。這一成就展示了該系統的彈性及其在現實網絡條件下有效運行的能力，標志著印度的重要“首次”。

“現實條件”和“穩定、無錯誤”方面表明，該技術已成熟到適合實際大規模部署的水平，直接解決了可擴展性和成本效益的難題。這標志著從純粹的科學成就到工程和運營就緒的關鍵轉變，使量子安全通信網絡成為印度數字基礎設施的切實可行目標。

這一實際成就證實，量子安全可以無縫集成到現有和未來的現實網絡中而不影響性能。它提供了一種既經濟高效又可擴展的解決方案，這對于國家層面的部署和支持印度的5G/6G部署等計劃以及在不犧牲網絡安全的情況下應對激增的數據需求至關重要。

合作成功：STL和C-DOT的作用

這一里程碑式成就直接源于全球領先的光學和數字解決方案公司Sterlite Technologies Limited（STL）與印度通信部電信部下屬的印度頂級電信研發中心——遠程通信技術開發中心（C-DOT）之間的戰略協作努力。這一合作體現了公私合作的成功，完美契合印度的“自力更生的印度”（Atmanirbhar Bharat）和“印度制造”（Make in India）國家倡議，強調技術自主和本土發展。

兩家機構的領導層觀點凸顯了這一合作的重要性。C-DOT首席執行官拉杰庫馬爾?烏帕德海伊博士將該倡議視為印度電信生態系統的關鍵里程碑，對STL等創新合作伙伴表示贊賞。他強調，這一成就 “清楚地證明了在下一代光纖上集成量子 – 經典網絡的可行性，大幅降低了 QKD 部署成本”。STL 光網絡業務首席執行官拉胡爾?普里表示，與 C-DOT 的突破性合作 “凸顯了印度在開創下一代數字基礎設施方面日益增長的實力”。他確認，成功地將 QKD 與本土開發的 MCF 集成，徹底改變了安全通信，并成為 “公私合作在建設數字主權和安全國家方面力量的證明”。

這一突破明確歸因于私營實體與政府研發機構之間的合作，加上兩位領導人對合作成功及其與國家自力更生倡議一致性的強調，表明政府支持的研究與私營部門創新之間的協同關系是一種高度有效的模式。該模式利用私營部門在開發和部署方面的市場驅動能力，從而在國家層面加速復雜的技術進步。

全球量子安全通信格局：對比分析

全球量子安全通信主導地位的競爭正在加劇，各個國家采用了不同的戰略路徑。

領先國家：中國、歐洲和美國

?中國：目前是量子安全通信領域的公認領導者，已建立了龐大的12,000公里量子網絡。它還通過“墨子號”衛星率先開展基于衛星的QKD，將QKD集成到城市和各個部門，展示了全面的大規模國家戰略。

?歐洲：通過歐洲量子安全通信基礎設施（EuroQCI）網絡采取協作方式，這是一項旨在保護政府和機構數據的安全量子安全通信基礎設施，目標是到2030年全面部署，利用其自身的QKD系統，反映出對泛歐安全和機構彈性的關注。

?美國：采用雙重重點戰略，投資于QKD部署的試點網絡，同時大力開發后量子算法。這些新的加密方法旨在抵御未來量子計算機的攻擊，確保量子時代即使是傳統系統的安全。這種方法突出了硬件和軟件解決方案的結合，以應對當前和未來的威脅。

這些不同的戰略表明，在量子安全主導地位方面沒有單一的“正確”路徑。每個國家的方法都反映了其戰略優先事項、現有基礎設施和感知到的威脅。

中國的規模反映了自上而下的國家戰略；歐洲的方法側重于協作的機構安全；美國的方法則是硬件和軟件解決方案的結合。這種多樣性表明，協作和互操作性標準對于全球安全的量子互聯網至關重要，并凸顯了印度獨特的基于MCF的方法是對這一多樣化格局的獨特和有價值的貢獻。

參考鏈接

[1]https://government.economictimes.indiatimes.com/blog/indias-multi-core-fibre-breakthrough-achieving-quantum-key-distribution-for-unbreakable-security/121388818

[2]https://www.prnewswire.com/in/news-releases/stl–c-dot-achieve-indias-first-quantum-secured-network-breakthrough-with-multi-core-fibre-302447146.html

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