请问光路交换OCS如何实现安全的QKD网络部署呢？

在日益互联的世界中，数据安全变得至关重要。传统加密方法虽然强大，但随着量子计算能力的不断发展，它们面临着越来越大的挑战。因此，量子密钥分发（QKD）和光路交换（OCS）的重要性逐渐凸显。在本文中，我们将概述 QKD，并探讨 OCS 如何实现安全的 QKD 网络部署以及全光交换在量子信息网络中的应用。

量子密钥分发（QKD）原理

量子密钥分发（QKD）是一种前沿的加密技术，利用量子力学的基本原理来创建安全的通信通道。它依赖于量子纠缠的特性和海森堡不确定性原理来生成几乎无法破解的加密密钥。

以下是 QKD 的工作原理：

1、量子密钥生成：QKD 系统使用量子比特源（通常是光子）来传输信息。这些粒子用量子态（例如极化）进行编码，以二进制代码表示0和1。

2、传输：随后量子比特通过通信信道发送给接收方。任何试图窃听传输的行为都将干扰量子态，从而提醒双方存在入侵。

3、密钥比对：发送方和接收方比对收到的量子态子集，检查是否有任何潜在窃听引起的差异。如果通道是安全的，它们就会继续提取共享密钥。

4、安全通信：发送方和接收方利用共享密钥进行安全通信，例如加密和解密数据。 QKD 提供了“面向未来”的安全承诺，即使是最先进的量子计算机也很难破解通过这种在密钥更新之间生成的加密。通过量子通道通信的加密密钥应尽可能频繁地更新，执行此操作的速率取决于 QKD 发射端（通常称为“Alice”）和接收端（“Bobs”）的功能以及它们之间的光纤链路的质量。因此，在网络中大规模部署 QKD 需要考虑底层基础设施。

光路交换（OCS）技术必要性

为了充分发挥 QKD 在安全网络中的潜力，我们需要强大而灵活的网络基础设施。光路交换技术（OCS）在这方面发挥着至关重要的作用。OCS 是一种能够动态分配光资源、实现高效、安全的数据传输的技术。

以下是 OCS 增强 QKD 网络的方式：

1、资源分配：OCS 允许动态分配用于 QKD 通信的专用光路。这确保了量子密钥通过安全、无干扰的通道传输，最大程度地减少窃听的风险。

2、低延迟：OCS 提供低延迟切换，实现大规模 QKD 网络部署。量子密钥交换和验证速度，对于维持安全通信至关重要。

3、可扩展性：随着 QKD 网络的发展，OCS 可以根据需要重新分配光路来适应不断变化的需求。这种可扩展性确保 QKD 可以无缝集成到现有和未来的网络架构中。

4、应用多样化：除了 QKD 之外，OCS 还可以支持其他安全通信技术，例如传统加密方法和数据中心互连，使其成为网络安全的多功能工具。 在量子计算时代，量子密钥分发具有巨大的潜力来保障通信安全。然而，要充分发挥量子密钥分发的潜力，强大的网络基础设施至关重要。光电路交换提供了所需的灵活性、速度和安全性，使得无缝的量子密钥分发网络成为可能。

量子计算未来发展

与经典计算机不同，量子计算利用叠加、纠缠、干扰和不确定性等量子特性来实现确定性结果，解决了传统计算机由于处理能力和存储等计算挑战而无法解决的问题。量子比特是量子信息的基本单位，存在于诸如芯片或处理器等物理设备中，是构建量子计算的基础模块。随着量子比特数量的增加，计算潜力也随之增加。预计到2030年，量子计算市场价值将达到 650 亿美元（2019年为5.07 亿美元，复合年增长率为 56%）。

尽管量子计算机已经展现出超越经典计算机的能力，但每个节点量子计算机能力始终是有限的。要想实现更强大的量子计算能力，可以通过连接不同的量子计算节点来构建庞大的分布式量子计算机，这就是量子互联网的概念，它利用了量子通信、量子计算和量子精密测量等技术。量子互联网的目标之一是传递量子信息，并利用相互纠缠的量子网络节点，提高传感灵敏度，超越经典测量理论的极限，最终实现分布式量子计算网络。

量子互联网面临的挑战

要想实现大规模的量子互联网，要解决的关键技术瓶颈是量子纠缠的长距离路由分发问题，方法之一是通过经典的 DWDM 通信网络发送基于光子的量子比特，分发量子纠缠信息路由到多个节点，这就需要路由交换系统。传统的 OEO（光电光）交换机需要把光量子信息先转换到电域交换再转成光信息，很难保持量子相干性，这使得它们不太适合量子传输。

全光交换不必像 OEO 交换那样重新生成信号，而是通过透明的全光开关全光域传输原始输入光信号，而无需将其转换为电格式。全光交换机的透明特性使其与协议、格式和数据速率无关，更有可能传输更远的距离并保持量子相干性。

全光交换机在量子网络的应用

在今年光通信盛会 OFC 2024上，全球知名全光交换机厂商 HUBER+SUHNER Polatis，在展会现场搭建了量子信息网络演示系统，展示了量子纠缠信号在光纤上的分布和测量以及与经典数据的共传。该系统使用 Polatis 光开关进行量子纠缠分发调度，多个波长信道被输入一个 NxN 全光开关，进行编程控制向空间分离的用户发送不同的量子纠缠信息，允许它们被路由到任何一个展位位置，分发传输距离超过26km。

Polatis 全光开关具有低插损、支持暗光连接（无需输入光信号即可建立交换路由）、高可靠性等优势，更有 Ultra 系列插损低至0.5 dB，专为量子网络设计。一些全球领先的量子研究团队正在使用 Polatis 的全光开关进行尖端的量子网络研究。

凌云光全光交换（OCS）解决方案

凌云光自2001年起即关注光交换技术、产品与应用的推广，2015年正式与全球光交换厂家 HUBER+SUHNER Polatis 公司建立战略合作伙伴关系，共同开创光交换应用的新时代。HUBER+SUHNER Polatis 提供低损耗的全光交换解决方案，用于远程光纤层配置、保护、监控、重新配置和测试。

基于可靠的、经过现场验证的 DirectLight 光学矩阵开关技术，Polatis 动态光纤交叉连接可从8x8扩展到 576x576 端口，并实现完全透明的连接，具有低损耗和无背反射，完全独立于波长、功率或数据速率。动态光交叉连接是实现软件定义的光网络基础设施自动化和虚拟化的关键要素。Polatis 支持 RESTCONF 和 NETCONF，可轻松与 OpenDaylight 等流行的 SDN 控制器集成，还与前沿的传输 SDN 供应商合作，以支持新兴标准并确保我们的客户受益于可靠的 SDN 解决方案。

审核编辑：刘清