量子密钥分发 (QKD) 和光路交换（OCS）在安全网络中的应用

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。

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，Z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。

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%）。

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。

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。