量子密钥分发与经典光通信共纤波分复用技术深度探讨

量子密钥分发（Quantum Key Distribution, QKD）与经典光通信结合波分复用（Wavelength Division Multiplexing, WDM）技术的研究是当前光通信领域的重要课题。本文主要探讨了如何在现有的通信基础设施中实现这两者的高效协同传输，以提升网络的安全性和带宽利用率。 首先，研究团队针对一个具有40 MHz重复频率的诱骗态相位编码BB84协议的量子密钥分发设备，提出了三种共纤传输方案： 1. 单纤双向CWDM（粗波分复用）方案：此方案将1550.12 nm的量子信号与1310 nm的时钟信号以及两个方向的光信号（正向1590 nm波长100 Mbit/s速率光信号和反向1610 nm波长100 Mbit/s速率光信号）进行复用。在光纤传输距离达到70 km的情况下，尽管存在多波长干扰，但实现了1.2 kbit/s的密钥成码率，这表明该技术在实际远程通信中具有一定可行性。 2. 双纤双向CWDM方案：在这个方案中，1550.12 nm的量子信号和1610 nm的时钟信号被复用，同时在1310 nm波长上以10 Gbit/s速率发送OOK光信号。通过优化光纤传输距离，达到了55 km，密钥成码率提升至1.58 kbit/s，显示出更高的数据速率和更远的传输距离。 3. 双纤双向DWDM（密集波分复用）方案：进一步提升技术复杂性，将量子信号、时钟信号和两个同向波长（1551.72 nm和1552.52 nm）应用于100 Gbit/s相干光通信DP-QPSK信号的接收功率模拟。即使在70 km的长距离传输中，仍能实现1.16 kbit/s的密钥成码率，展示了在高容量数据传输场景下的潜在应用。 这些研究不仅关注了技术层面的挑战，如信号干扰、噪声控制和传输损耗等，还涉及到了如何在实际的城域网（Metropolitan Area Network, MAN）环境中集成量子通信和经典通信，以实现安全与效率的平衡。此外，该工作对量子密钥分发与传统光通信的融合提供了理论支持，为未来构建更加安全、高效的信息传输网络奠定了基础。 量子密钥分发和经典光通信波分复用共纤传输技术的研究成果对于提升通信系统的安全性、灵活性和带宽能力具有重要意义，特别是在推进量子互联网和未来通信网络的发展方面具有广阔的应用前景。