英国开通全球首个商用级量子网络 测试量子密钥分发

英国开通全球首个用于测试的商用级量子网络，将测试量子密钥分发(QKD)。该机制采用量子力学原理(观察影响结果)而非数学复杂度来保证密钥安全。

该125公里长的光纤链路是英国量子网络计划的一部分，该计划属于研究与工业界的协作项目，受到英国国家量子技术项目的支持。新网络连接电信巨头英国电信(BT)位于英格兰东部伊普斯维奇市的阿达斯楚科技园和剑桥。

承载传统流量和量子流量的网络

3月26日，BT宣称，该网络将在承载加密数据本身的光纤上通过量子信道分发密钥。

测试将先聚焦COW协议，即相干单向 (Coherent One-Way) 量子密钥分发协议。粗略地说，就是在单个光子(光的粒子)上编码密钥。由于只要观测光子就会改变光子的编码，密钥的安全性便能在链路另一端得到测试和保证。

确保数据不淹没量子信号是个艰巨的挑战。我们采用特殊的过滤器和最优算法来实现这一点。

将BT的研究带入光纤网络尤其是QKD的 Andrew Lord 在发给媒体的电子邮件中评论道：该QKD链路是2年的合作成果。链路采用已铺设的BT光纤，走的BT交换，涉及的全部设备都是商用级的。

光纤数据和量子密钥的结合是全球首创，确保数据不淹没量子信号是个艰巨的挑战，我们采用特殊的过滤器和最优算法来实现这一点。该网络证明了QKD已成熟，期待在未来能引入现实网络中。

该网络本身的数据传输率为500Gbit/s，使用现成的IDQ和ADVA设备，是标准的高损耗光纤。

BT宣称：该新高速链路可供测试和验证新量子技术，包括试验如何利用这些技术在医疗、银行、国防和物流等垂直行业领域保护关键及敏感数据。

QKD面临的一个主要问题还是距离，目前依旧限制在几百公里的光纤长度上。这是因为承载信息的光子会逸散，降低形成密钥的速度。(截至目前，QKD最长演示距离为404公里特低损耗光纤，安全密钥速率为1.15比特/小时。)

量子密钥分发：双场推进或可增加传输距离

虽然使用COW协议的QKD网络可通过菊花链（dasiy chain）增加总传输距离，但这要求中继站要位于安全的位置。目前正在研究的一个解决办法是双场QKD——从光纤两端发送光脉冲到中心位置，在中心位置检测光子；中心位置无需保证安全。

Andrew Lord 表示：计划未来采用多种其他协议，包括双场和纠缠。

该量子安全链路不仅直接连接BT实验室和剑桥大学的研究设施，还连接各自附近的剑桥科技园和伊普斯威奇市马特尔舍姆创新园里众多高科技产业。这就为主攻量子安全网络的大量试验项目打开了测试大门，并为业界提供了开发利用的潜力。

剑桥和约克大学倾力参与该网络由量子通信中心核心合作伙伴BT，以及剑桥大学和约克大学承建。ID Quantique 和ADVA提供QKD系统、光传输设备和集成所需的系统特定专业知识。

英国大学、科学、研究和创新国务部长Chris Skidmore 称：

萨福克郡和剑桥之间的首个商用级量子网络链路是保护英国不受网络威胁的重要一步。我们现代产业战略的成功，有赖于我们保持英国作为创新温床的地位。我们已将人工智能和数据确定为筑牢我们在新技术利用方面全球领先声誉的重大挑战，我们将通过产业界、政府和国家量子技术计划之间的持续合作，在量子技术方面取得创新成就。