شرکت Toshiba Europe Ltd و اپراتور مخابراتی جهانی Orange قابلیت پیاده سازی توزیع کلید کوانتومی (QKD) را در شبکه‌های تجاری موجود برای محافظت از انتقال از رمزگشایی توسط رایانه‌های کوانتومی نشان داده‌اند.
یک مقاله تحقیقاتی جدید که یافته‌های آزمایش‌های مشترک با استفاده از فناوری QKD تجاری در دسترس توشیبا را ارائه میکند که نشان می‌دهد چگونه این فناوری می‌تواند با موفقیت در شبکه‌های فیبر موجود ارائه‌دهنده شبکه در کنار خدمات داده فعلی آنها مستقر شود. این یافته‌ها می‌تواند به اپراتورهای شبکه کمک کند تا با حذف نیاز به سرمایه‌گذاری در زیرساخت فیبر کوانتومی، هزینه اجرای QKD را کاهش دهند.
پیشرفت مداوم و تجاری سازی محاسبات کوانتومی خطراتی را برای روش های فعلی رمزگذاری کلید عمومی ایجاد می کند که احتمالاً ناامن می شوند. QKD توشیبا که از خواص کوانتومی نور برای تولید کلیدهای تصادفی امن برای رمزگذاری و رمزگشایی داده ها استفاده می کند، برای محافظت در برابر قدرت رایانه های کوانتومی آینده توسعه یافته است.
پیش از این، این امر به اپراتورهای شبکه نیاز داشت تا روی فیبر تاریک در سراسر شبکه خود پیاده سازی شوند و برای ارسال اطلاعات کوانتومی، افزایش هزینه و زمان زیادی نیاز بود. تکنیکی به نام Wavelength Division Multiplexing (WDM) این امکان را برای QKD فراهم کرده است تا با استفاده از جداسازی طیفی (استفاده از طول موج های مختلف نور برای جلوگیری از تداخل) روی شبکه های فیبری موجود کار کند تا سیگنال کوانتومی با سیگنال های داده کلاسیک اپراتور همزیستی کند. با این حال، آزمایش‌های قبلی مسائلی را نشان داده‌اند که بر قابلیت اجرای چنین استقرارهایی تأثیر می‌گذارد، مانند تعداد و توان احتمالی کانال‌های داده، فاصله مؤثر شبکه و نرخ بیت امن (که گاهی اوقات به آن نرخ کلید ایمن یا SKR گفته می‌شود).
در سال‌های 2022 و 2023، توشیبا و اورنج آزمایش‌هایی را در آزمایشگاه‌های Orange در Lannion، فرانسه انجام دادند تا همزیستی QKD و سیگنال‌های داده کلاسیک را تأیید کنند و در مورد چگونگی تأثیر عوامل مختلف بر کارایی ارسال سیگنال‌های کلاسیک و کوانتومی بر روی شبکه‌های فیبر موجود تحقیق کنند.
از طریق این آزمایش‌ها، محققان توشیبا و اورنج انتشار مشترک مؤثر سیگنال‌های کلاسیک و کوانتومی با نرخ بیت مخفی SKR بالا را نشان دادند که به آنها اجازه می‌دهد در کنار هم وجود داشته باشند در حالی که هنوز می‌توانند به طور مؤثر کلیدها را در فواصل 70 کیلومتری تحویل دهند، که نشان‌دهنده استقرار در شبکه های شهری و در مناطق مسکونی است
محققان همچنین به یافته‌های جدیدی دست یافتند که منجر به پیشنهاد معیاری به روز شده برای کمک به اندازه‌گیری کارایی چنین سیستم‌هایی شد. بر اساس این معیار، آنها تشخیص دادند که اجرای QKD جدید از آزمایش‌های مشترک انتشار قبلی بهتر عمل میکند.
این کار نشان می‌دهد که می‌توانیم کانال کوانتومی را با کانال‌های داده WDM در همان فیبر، بدون تغییر قوانین مهندسی پیوندهای عملیاتی WDM، انتشار مشترک داشته باشیم. پولت گاوینت، کارشناس ارشد ارتباطات نوری در Orange Innovation گفت: نرخ بالای کلید مخفی به‌دست‌آمده در این پیکربندی برای معرفی QKD در شبکه‌های اپراتور بسیار امیدوارکننده است.
آقای Laurent Leboucher، مدیر ارشد فناوری گروه و SVP، شبکه های نوآوری اورنج، گفت: «تعهد ما به امنیت و نوآوری ما را بر آن داشته است تا از مرزهای راه حل های توزیع کلید کوانتومی (QKD) عبور کنیم. این روش می تواند کلیدی برای ارائه حفاظت بی نظیر برای شبکه های حمل و نقل نوری باشد. همراه با توشیبا، ما نشان دادیم که امکان معرفی عملکردهای امنیتی جدید در شبکه‌های اپراتورها بدون نیاز به استفاده از فیبرهای اختصاصی وجود دارد. با این رویکرد مقرون به صرفه، ما راه را به سوی یک قلعه دیجیتال هموار می کنیم و امنیت ارزشمندترین داده های مشتریان خود را تضمین می کنیم.
دکتر اندرو شیلدز، رئیس بخش فناوری کوانتومی توشیبا گفت: «ظهور محاسبات کوانتومی پیامدهای جدی برای روش‌های امنیتی فعلی دارد و سازمان‌ها باید از هم اکنون برای کاهش خطرات ارتباطات خود اقدام کنند. اعتبار بخشیدن به توانایی فناوری QKD ما برای محافظت از انتقال در حین استفاده از شبکه‌های فیبر موجود، گام بزرگی در جهت دسترسی به ارتباطات امن کوانتومی برای سازمان‌های امروزی است. همکاری با اپراتورهای جهانی مانند Orange برای انجام تحقیقات و بهبود فناوری ما حیاتی بوده است و ما مشتاقانه منتظر ادامه کار خود در این زمینه هستیم.
محققان یک کانال کوانتومی 1310 نانومتری را با حداکثر 60 کانال داده (هر کدام دارای نرخ بیت 100 گیگابیت بر ثانیه) در باند C مخابراتی در یک سیستم تجاری توشیبا QKD نشان دادند و ارزیابی کردند. توانایی مالتیپلکس کردن داده‌های کلاسیک در حالی که عملکرد عالی QKD را حفظ میکند، با طراحی جدید سیستم، که شامل فیلترهای طیفی با انقراض بالا و برای کمک به جداسازی سیگنال کوانتومی و کاهش نویز وارد شده از کانال‌های کلاسیک است، فعال شد.
آزمایش ها با هر دو 30 و 60 کانال مالتی پلکس در طول فیبر 20 کیلومتر، 50 کیلومتر و 70 کیلومتر انجام شد. محققان نرخ بیت امن (SKR) را بر روی تفاوت اندازه‌گیری کردند.
لینک مقاله:
https://arxiv.org/abs/2305.13742
