東芝ヨーロッパと通信パートナーが QKD 導入の実現可能性を実証
ケンブリッジ、イギリス、2023 年 6 月 8 日 — 東芝ヨーロッパと世界的電気通信事業者オレンジの研究者らは、量子コンピューターによる通信の復号化を防ぐために、既存の商用ネットワークに量子鍵配布 (QKD) を導入することが可能であることを実証しました。
共同研究者らによると、この研究結果は、商用レベルで量子コンピュータによる攻撃から通信を保護するためにQKDを使用することの実現可能性に関して、2つの重要な意味を持っているという。第一に、この開発は、東芝とオレンジによって評価された市販の装置が、現在のファイバーネットワーク上で QKD をより効果的に展開できるようにすることに成功していることを示しています。この発見は、東芝の市販の QKD 技術を使用した共同テストから得られました。
第二に、研究者らが開発した指標は、チャネル数ではなく電力が効率に主な影響を与えることを認識しており、通信事業者がネットワークやサービスを計画する際に役立つ可能性がある。
この発見は全体として、専用の量子ファイバーインフラストラクチャへの投資の必要性を排除することで、ネットワーク事業者が QKD の実装コストを削減するのに役立つ可能性があります。
東芝が商用化している量子鍵配布技術。東芝様のご提供です。
量子コンピューティングの継続的な進歩と商用化により、現在の公開キー暗号化方式にセキュリティ上のリスクが生じ、不十分になる可能性があります。東芝の QKD は、将来の量子コンピューターの能力に対する保護を提供することを目的としています。これまでは、ネットワーク オペレータは特に量子情報の送信のためにネットワーク全体のダーク ファイバーに投資する必要があり、導入までのコストと時間が増加していました。
波長分割多重(WDM) により、スペクトル分離( 干渉を避けるために異なる光の波長を使用) を使用することで、量子信号が通信事業者の古典的なデータ信号と共存できるようにすることで、既存のファイバー ネットワーク上で QKD を動作させることが可能になります 。ただし、以前のテストでは、そのような展開の実行可能性に影響を与える問題が発生しました。
東芝とオレンジは昨年、QKDと古典データ信号の共存を検証し、古典データサービスを実行する既存のファイバーネットワーク上で古典信号と量子信号の両方を送信する効率にさまざまな要因がどのように影響するかを研究するためのテストを開始した。研究者らは、市販の東芝 QKD システムを使用して、通信 C バンドで最大 60 のデータ チャネル (それぞれ 100 Gbit/s ビット レートを伝送) で多重化された 1310 nm 量子チャネルを実証し、評価しました。
波長分割多重の使用により安全なビット レートは低下しますが、チャネル数による影響は最小限であることを示すグラフ。東芝ヨーロッパ/オレンジの提供による。
このシステムの斬新な設計には、量子信号を分離し、古典チャネルから導入されるノイズを低減するために使用される高消光スペクトルフィルターと時間領域ゲートが含まれており、研究者らは優れた QKD 性能を維持しながら古典データを多重化することができました。 テストは、20、50、および 70 km のファイバー長で 30 および 60 の多重化チャネルの両方で実行されました。研究者らは、システムが従来のデータ チャネルと並行して量子鍵をどの程度効果的に送信できるか、またデータ サービスの光起動能力を理解するために、さまざまな距離でセキュア キー レート (SKR) を測定しました。彼らは、この評価で使用された多数の WDM チャネルが SKR に与える影響は最小限であることを発見しました。その代わりに、研究者らは、システムで使用される集約されたデータ チャネルの光発射出力が、SKR と鍵の配信の成功に最も影響を与える要因であることを発見しました。 Orange と東芝は、新しい指標である共伝播効率 (CE) を提案しました。これは、共伝播の総電力を考慮しながら、共伝播体制における QKD システムのパフォーマンス (良好な SKR で安全な鍵を正常に配信する能力) を推定できます。古典的なチャネルと伝送距離。
新しい共伝播効率 (CE) メトリックが、SKR と同様に距離とともに減少することを示すグラフ。東芝ヨーロッパ/オレンジの提供による。この結果は、QKD サービスへの投資と維持に必要な金額と展開までの時間を大幅に削減できることを示しています。
（リンク：https://www.photonics.com/Articles/Toshiba_Europe_and_Telecom_Partner_Demonstrate/a69071）