由单一热源驱动的超大容量无源量子接入网络

量子密钥分发(QKD)通过一次一密(OTP)加密,以物理定律保障安全,为经典通信提供安全密钥。先进的基于无源光网络(PON)的经典接入网络(CAN)可支持多达256个用户,总速率达10 Gbps(10-Gbps @ 256-users)。OTP加密所需的等效速率要求量子密钥分发接入网络(QAN)达到相当的性能,但当前最先进的基于PON的QAN仍远未达到这一标准。为解决这一差距,该团队提出一种无源热态QAN(TS-QAN),该网络从单个热源分配多色量子随机性,支持304个用户,聚合密钥生成率(SKR)为13 Gbps(13-Gbps @ 304-users)。这一性能得益于三个特性。首先,具有玻色-爱因斯坦统计的宽带热态,可通过Glauber-Sudarshan表示,表示为跨频率模式的高带宽高斯相干态系综,从而省去了大量有源调制器和量子随机数生成器(QRNG)。其次,电光(EO)梳信标提供时变的多色相位跟踪,使得每个频率模式的热信号可借助其信标,通过本地本振(LLO)进行相干测量,无需大规模锁相网络。第三,状态广播允许每个用户在考虑残留广播诱导相关性后,通过反向协商获取独立最终密钥,从而以较小的SKR损失扩展网络容量。在实验上,该团队通过连续变量QKD(CV-QKD)验证了13-Gbps @ 304-users的TS-QAN,并基于协方差矩阵进行了网络安全分析,包括多模Holevo泄漏和广播相关性。这项工作满足了从CAN到QAN的SKR和容量需求:13-Gbps @ 304-users满足了10-Gbps @ 256-users的基准,并为经典通信系统提供了可扩展的解决方案。

作者单位: VIP可见
提交arXiv: 2026-05-19 16:32

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