九州量子自研GHz-QKD通过中国信通院测试 多项关键指标全球领先

发布时间:2022-12-29

继今年4月九州量子高速量子随机数发生器通过国密检测后,九州量子自主研发的高速量子密钥分发(QKD)产品也率先通过中国信息通信研究院泰尔实验室(以下简称“中国信通院”)测试。产品工作于GHz量子光重复频率,可在地埋光缆、架空光缆、跨江铁路桥光缆等各种复杂光纤链路环境下稳定运行,为通信双方提供安全的量子密钥。现场测试数据显示,QKD设备的检测项目包括误码率、成码率、长期稳定性等直观反映系统性能的多个关键性指标,均达到了行业领先水平。随着量子计算等新技术的发展,基于传统公钥加密技术(如RSA)的密钥协商算法正面临着被破解的风险,一种SNDL现存后解(Store Now Decrpt Later)的攻击方式也在悄悄地部署,国家的关键基础设施等重要保密通信领域亟需一种更加安全的加密密钥协商方法。量子保密通信因其无条件的密钥分发安全性受到广泛关注,成为解决量子时代下通信安全问题的“新宠”。

深耕研发、不断升级 多项关键指标全球领先

量子保密通信是指以具备信息论安全性证明的QKD技术作为密钥分发功能组件,结合适当的密钥管理、安全的密码算法和协议而形成的加密通信安全解决方案。QKD技术的最大特点是可实现无条件安全的密钥共享,使得通信双方实时获取随机且安全的对称密钥。而量子密钥分发设备,正是整个量子通信网络的核心设备。

QKD产品的研制门槛极高,放眼全球仅有少数研发团队能够实现。2017年,九州量子正式成为国内少数真正拥有QKD产品自主知识产权的研发团队。此后,九州量子团队始终深耕研发,不断升级,终迎来突破。

在说明QKD性能的重要指标中,成码率与误码率是关键指标成码率是指QKD系统生成量子安全密钥的速率,该速率一般跟系统重复频率和通信距离有关。系统重复频率越高,通信距离越短,则成码率越高。而误码率,准确的说是量子比特误码率,顾名思义是指由于量子信道及其编解码过程中,存在实际世界中的不完美性,造成的BB84筛后密钥中错误比特的比例。造成误码的情况在实际操作中大致分两种,一是由于QKD系统本身各个模块的不完美性,调制解调的编解码过程中会产生无法消除的误差,这些误差值就成了误码;二是如果信息传输过程被窃听者窃听或信道干扰,会导致量子编码误差增大,这些量子比特的错误在解码之后便形成量子比特错误,导致误码。系统的量子比特误码率越低,在最后保密放大阶段处理时压缩剔除的密钥量就越少,相应的,量子安全密钥的成码率就越高。

图为基于BB84协议的量子密钥分发原理示意图

报告显示,根据实测值,以50公里距离为例,目前九州量子自研的GHz-QKD成码率可以达到50kbp@10dB(对于低速QKD,这一指标通常是>3kbps@10dB即可),最长通信距离约合115公里,完全可以满足YD/T3834.1中对高速QKD的线路跨段损耗、平均密钥成码率、系统线路损耗裕量的要求。这意味着九州量子的GHz-QKD不仅实现了成码率一个数量级的提高,同时还把商用化量子通信的安全距离提到了百公里以上,极大地突破了此前量子密钥分发通信速率不高、安全距离比较受限、只适合小城域范围通信的瓶颈,结合可信中继和量子网络技术,可为骨干网、城际网等项目应用提供坚实的量子安全保障。

优化设计、降低成本 助力QKD产品走向实用化

除了注重关键技术的国际领先性,如何在保证性能的前提下最大可能优化设计、降低成本也是九州量子团队攻克的重点难题。在QKD设备内部,单光子探测器、激光器、量子随机数发生器当属最为重要的三大器件。以接收端的单光子探测器为例,目前国际学术研究上主要采用超导探测器进行学术研究,具有体积大、成本高等问题。九州量子的高性能GHz-QKD产品中结合相关专利技术成功开发了GHz正弦门控探测器具有探测效率高,暗计数低,后脉冲小等特点,不仅确保相关技术指标领先,且极大地降低了成本,为量子技术进一步走向实用化铺平道路。

中国信通院是工业和信息化部直属科研事业单位。在我国信息通信业发展的重大战略、规划、政策、标准和测试认证等方面发挥了有力支撑作用,为我国通信业跨越式发展和产业创新壮大起到了重要推动作用。今年7月,中国信通院联合国内40家量子信息领域相关高校、科研机构、企业公司等单位共同发起中国量子信息网络产业联盟,九州量子获邀成为联盟首批发起单位,并入选担任联盟理事单位。







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