請問光路交換OCS如何實現安全的QKD網絡部署呢？

在日益互聯的世界中，數據安全變得至關重要。傳統加密方法雖然強大，但隨著量子計算能力的不斷發展，它們面臨著越來越大的挑戰。因此，量子密鑰分發（QKD）和光路交換（OCS）的重要性逐漸凸顯。在本文中，我們將概述 QKD，并探討 OCS 如何實現安全的 QKD 網絡部署以及全光交換在量子信息網絡中的應用。

量子密鑰分發（QKD）原理

量子密鑰分發（QKD）是一種前沿的加密技術，利用量子力學的基本原理來創建安全的通信通道。它依賴于量子糾纏的特性和海森堡不確定性原理來生成幾乎無法破解的加密密鑰。

以下是 QKD 的工作原理：

1、量子密鑰生成：QKD 系統使用量子比特源（通常是光子）來傳輸信息。這些粒子用量子態（例如極化）進行編碼，以二進制代碼表示0和1。

2、傳輸：隨后量子比特通過通信信道發送給接收方。任何試圖竊聽傳輸的行為都將干擾量子態，從而提醒雙方存在入侵。

3、密鑰比對：發送方和接收方比對收到的量子態子集，檢查是否有任何潛在竊聽引起的差異。如果通道是安全的，它們就會繼續提取共享密鑰。

4、安全通信：發送方和接收方利用共享密鑰進行安全通信，例如加密和解密數據。 QKD 提供了“面向未來”的安全承諾，即使是最先進的量子計算機也很難破解通過這種在密鑰更新之間生成的加密。通過量子通道通信的加密密鑰應盡可能頻繁地更新，執行此操作的速率取決于 QKD 發射端（通常稱為“Alice”）和接收端（“Bobs”）的功能以及它們之間的光纖鏈路的質量。因此，在網絡中大規模部署 QKD 需要考慮底層基礎設施。

光路交換（OCS）技術必要性

為了充分發揮 QKD 在安全網絡中的潛力，我們需要強大而靈活的網絡基礎設施。光路交換技術（OCS）在這方面發揮著至關重要的作用。OCS 是一種能夠動態分配光資源、實現高效、安全的數據傳輸的技術。

以下是 OCS 增強 QKD 網絡的方式：

1、資源分配：OCS 允許動態分配用于 QKD 通信的專用光路。這確保了量子密鑰通過安全、無干擾的通道傳輸，最大程度地減少竊聽的風險。

2、低延遲：OCS 提供低延遲切換，實現大規模 QKD 網絡部署。量子密鑰交換和驗證速度，對于維持安全通信至關重要。

3、可擴展性：隨著 QKD 網絡的發展，OCS 可以根據需要重新分配光路來適應不斷變化的需求。這種可擴展性確保 QKD 可以無縫集成到現有和未來的網絡架構中。

4、應用多樣化：除了 QKD 之外，OCS 還可以支持其他安全通信技術，例如傳統加密方法和數據中心互連，使其成為網絡安全的多功能工具。 在量子計算時代，量子密鑰分發具有巨大的潛力來保障通信安全。然而，要充分發揮量子密鑰分發的潛力，強大的網絡基礎設施至關重要。光電路交換提供了所需的靈活性、速度和安全性，使得無縫的量子密鑰分發網絡成為可能。

量子計算未來發展

與經典計算機不同，量子計算利用疊加、糾纏、干擾和不確定性等量子特性來實現確定性結果，解決了傳統計算機由于處理能力和存儲等計算挑戰而無法解決的問題。量子比特是量子信息的基本單位，存在于諸如芯片或處理器等物理設備中，是構建量子計算的基礎模塊。隨著量子比特數量的增加，計算潛力也隨之增加。預計到2030年，量子計算市場價值將達到 650 億美元（2019年為5.07 億美元，復合年增長率為 56%）。

盡管量子計算機已經展現出超越經典計算機的能力，但每個節點量子計算機能力始終是有限的。要想實現更強大的量子計算能力，可以通過連接不同的量子計算節點來構建龐大的分布式量子計算機，這就是量子互聯網的概念，它利用了量子通信、量子計算和量子精密測量等技術。量子互聯網的目標之一是傳遞量子信息，并利用相互糾纏的量子網絡節點，提高傳感靈敏度，超越經典測量理論的極限，最終實現分布式量子計算網絡。

量子互聯網面臨的挑戰

要想實現大規模的量子互聯網，要解決的關鍵技術瓶頸是量子糾纏的長距離路由分發問題，方法之一是通過經典的 DWDM 通信網絡發送基于光子的量子比特，分發量子糾纏信息路由到多個節點，這就需要路由交換系統。傳統的 OEO（光電光）交換機需要把光量子信息先轉換到電域交換再轉成光信息，很難保持量子相干性，這使得它們不太適合量子傳輸。

全光交換不必像 OEO 交換那樣重新生成信號，而是通過透明的全光開關全光域傳輸原始輸入光信號，而無需將其轉換為電格式。全光交換機的透明特性使其與協議、格式和數據速率無關，更有可能傳輸更遠的距離并保持量子相干性。

全光交換機在量子網絡的應用

在今年光通信盛會 OFC 2024上，全球知名全光交換機廠商 HUBER+SUHNER Polatis，在展會現場搭建了量子信息網絡演示系統，展示了量子糾纏信號在光纖上的分布和測量以及與經典數據的共傳。該系統使用 Polatis 光開關進行量子糾纏分發調度，多個波長信道被輸入一個 NxN 全光開關，進行編程控制向空間分離的用戶發送不同的量子糾纏信息，允許它們被路由到任何一個展位位置，分發傳輸距離超過26km。

Polatis 全光開關具有低插損、支持暗光連接（無需輸入光信號即可建立交換路由）、高可靠性等優勢，更有 Ultra 系列插損低至0.5 dB，專為量子網絡設計。一些全球領先的量子研究團隊正在使用 Polatis 的全光開關進行尖端的量子網絡研究。

凌云光全光交換（OCS）解決方案

凌云光自2001年起即關注光交換技術、產品與應用的推廣，2015年正式與全球光交換廠家 HUBER+SUHNER Polatis 公司建立戰略合作伙伴關系，共同開創光交換應用的新時代。HUBER+SUHNER Polatis 提供低損耗的全光交換解決方案，用于遠程光纖層配置、保護、監控、重新配置和測試。

基于可靠的、經過現場驗證的 DirectLight 光學矩陣開關技術，Polatis 動態光纖交叉連接可從8x8擴展到 576x576 端口，并實現完全透明的連接，具有低損耗和無背反射，完全獨立于波長、功率或數據速率。動態光交叉連接是實現軟件定義的光網絡基礎設施自動化和虛擬化的關鍵要素。Polatis 支持 RESTCONF 和 NETCONF，可輕松與 OpenDaylight 等流行的 SDN 控制器集成，還與前沿的傳輸 SDN 供應商合作，以支持新興標準并確保我們的客戶受益于可靠的 SDN 解決方案。

審核編輯：劉清