中国团队研发出量子加密太比特光传输架构

人工智能热潮对数据流量提出了空前需求，但支撑它的基础设施正面临诸多挑战。人工智能数据中心必须提供比以往更快速、更可靠的通信，同时还要应对激增的能耗以及迫在眉睫的量子安全威胁——这种未来可能破译现行加密方式的隐患。

为应对这些挑战，发表于《先进光子学》的一项新研究提出了一种量子安全架构，该架构仅需极少量数字信号处理消耗，即可满足人工智能驱动数据中心光互联场景的所有严苛要求。这套系统能够以每秒太比特的速率传输数据，在实现低功耗运行的同时有效防范未来量子攻击。

湖北省光学基础学科研究中心的科研人员在《先进光子学》发表的论文中表示：“我们的研究为开发安全可靠、可扩展且成本效益高的下一代光互联系统奠定了基础，既能保护AI驱动数据中心免受量子安全威胁，又能满足现代数据驱动应用的高标准要求。”

提出的量子保密光互联架构采用全光传输方案，通过嵌入时钟的本地振荡器同步数据传输与量子密钥分发终端，实现了安全可靠、超大容量且高效节能的数据传输
 

高效传输与长效安全
该系统围绕两大核心目标构建：高效传输数据，并确保长效安全性与可靠性。为简化数据传输，它采用名为自零差相干传输的技术，在发送数据时同步传输参考信号。这使得接收端能更轻松地解码处理信号，同时保持高灵敏度和稳定性。该方法可实现每秒超过1.6太比特的数据传输，并维持较低能耗与成本。

在安全方面，系统集成量子密钥分发技术，利用量子力学原理生成加密密钥。这些密钥一旦被截获或复制就会触发警报，通过与量子密钥结合的AES-256加密算法为经典数据传输提供保障。即便面对未来量子计算机的挑战，也能确保强劲的长效防护。

为同时传输经典数据与量子信号，系统采用多芯光纤——单根光纤内包含多个独立通道。这种设计允许多类信号并行传输且互不干扰，同时完全兼容现有光纤基础设施。

在七芯光纤实验室测试中，经典数据通过自零差相干系统传输，量子信号则经由量子密钥分发技术加密。系统平均密钥生成速率达229千比特/秒，每个纤芯均支持400千兆比特/秒的加密数据传输。

在持续24小时、传输距离达3.5公里的模拟真实环境测试中，该网络以2千比特/秒总速率传输经典数据，并保持205千比特/秒的平均量子密钥生成速率，相当于每秒产生约583个加密密钥。在整个试验过程中，系统累计消耗1440个会话密钥，实时加密解密21.6贝脱比特经典数据且零误差。

这种新型数据传输架构不仅满足下一代数据中心的速度要求，还通过光子学与量子密码技术的融合提供了强劲安全保障。它成功突破现有系统瓶颈，实现了极低的传输损耗，兼具高效性与可靠性。研究人员指出：通过将尖端光子学与量子密码技术相融合，我们为构建安全、节能、超高速网络开辟了道路，这种网络能够支撑数据驱动技术的指数级增长。

实验结果表明，该研究为开发高效安全的数据传输系统指明了前景广阔的发展方向，足以应对自动驾驶、大语言模型等AI应用场景激增的数据传输需求。