Toshiba Europe heeft in samen­wer­king met Orange een quantum­net­werk voor lange afstanden ontwik­keld dat naast bestaande telecom­ve­zels functi­o­neert. Eerste tets met dit netwerk, bevei­ligd met quantum key distri­bu­tion (QKD), demon­streerde een quantum­vei­lige gegevens­over­dracht van 400 Gbit/​s over een glasve­zel­ver­bin­ding van 184 km met drie QKD-links en twee vertrouwde knooppunten.

In labora­to­ri­um­tests werden de netwerk­ar­chi­tec­turen, gegevens­over­drachten en multi­plexing schema’s die momen­teel in gebruik zijn getest. Hieruit bleek dat de netwerken en gegevens van vandaag gemak­ke­lijk en praktisch beschermd kunnen worden tegen aanvallen door quantumcomputers.

De toene­mende kracht en beschik­baar­heid van quantum­com­pu­ting betekenen dat huidige methoden voor PKI-encryptie binnen­kort onveilig kunnen worden. QKD, dat de quantum eigen­schappen van licht gebruikt om quantum bits te genereren en te verspreiden die worden gebruikt om veilige sleutels te genereren, biedt bescher­ming tegen het stelen van sleutels. Het kan echter uitda­gingen onder­vinden bij de succes­volle imple­men­tatie op huidige netwerken die zijn ontworpen om alleen klassieke datasig­nalen te dragen. Het gebruik van QKD op deze reeds uitge­rolde glasve­zel­net­werken biedt echter aanzien­lijke kosten­be­spa­ringen en een verhoogde snelheid van uitrol, aange­zien het de noodzaak voor het gebruik van dedicated vezels voor QKD-trans­missie elimineert.

Onder­zoe­kers hebben een netwerk van 184 km lang opgezet, bestaande uit drie QKD-links over secties van standaard single-mode glasvezel en twee trusted nodes. Dat sluit volgens de onder­zoe­kers goed aan op een typisch metro­pool­ge­ba­seerd glasvezelnetwerk.

Het Toshiba Quantum Key Manage­ment System werd gebruikt om de levering van quantum­vei­lige sleutels over het netwerk naar encryptie-apparaten te waarborgen. Adtran’s FSP 3000 open optische trans­port­tech­no­logie en Adva Network Security’s Connect­Guard techno­logie onder­steunden de encryptie van gegevens binnen het netwerk.

Elk deel van het 184 km lange QKD-netwerk was uitge­rust met Toshiba’s commer­ciële QKD-systemen, geven de onder­zoe­kers aan, met quantum-veilige gecodeerde gegevens­over­dracht van een 100Gbps tribu­tary ingekap­seld in een 400Gbps kanaal, wat overeen­komt met overdrachts­snel­heden die gewoon­lijk worden gebruikt in commer­ciële instellingen.

Onder­zoe­kers maten de algehele geheime sleutelratio’s (SKR’s) om het succes van de QKD-imple­men­tatie over het netwerk te evalu­eren. De gemeten SKR’s, varië­rend van tientallen tot honderden kbps, tonen aan dat QKD-geheime sleutels gemak­ke­lijk kunnen worden benut en toege­past door reeds uitge­rolde 100Gbit/​s WDM-systemen en aanstaande 400Gbit/​s WDM-kanalen met quantum bitfout­per­cen­tages (QBER) comfor­tabel onder de gestelde drempels, ondanks de algehele complexi­teit van het netwerk.

Uit de evalu­a­ties bleek dat QKD praktisch kan bestaan op reeds eerder uitge­rolde glasve­zel­net­werken met end-to-end en op hoge snelheid gecodeerde gegevens­over­dracht over meerdere uitge­breide glasve­zel­ver­bin­dingen en vertrouwde knooppunten.

“Gegevens­be­vei­li­ging is het funda­ment van onze diensten bij Orange, en we zijn verheugd de succes­volle resul­taten van onze samen­wer­king met Toshiba te onthullen,” verklaarde Laurent Lebou­cher, Group CTO en SVP, Orange Innova­tion Networks. “Ons laatste werk toont aan dat quantum key distri­bu­tion (QKD) kan worden geïnte­greerd in bestaande regio­nale netwer­k­in­fra­struc­turen, wat een belang­rijke vooruit­gang betekent in quantum-veilige commu­ni­ca­ties. Samen­werken met Toshiba was essen­tieel om te demon­streren dat derge­lijke innova­ties ten goede kunnen komen aan onze klanten.”

“We hebben gezien dat veel organi­sa­ties overstappen van het enkel evalu­eren van de dreiging die uitgaat van quantum­com­pu­ting naar het nemen van maatre­gelen om zichzelf te beschermen”, zei Dr. Andrew Shields, hoofd van de Toshiba Quantum Techno­logy Division. “Deze evalu­a­ties hebben aange­toond dat onze QKD-techno­logie met succes kan worden ingezet op bestaande netwerken voor bestaande toepas­singen, zonder de noodzaak van verdere inves­te­ringen in nieuwe infrastructuur.”

Als onder­deel van de evalu­a­ties testten Toshiba en Orange twee verschil­lende soorten QKD-techno­logie binnen het end-to-end systeem. Twee secties van 67 km gebruikten Toshiba’s Long-Distance (LD) QKD-techno­logie, die twee vezels gebruikt om zowel quantum- als klassieke signalen te dragen. Een sectie van 50 km gebruikte Toshiba’s Multi­plexed (MU) QKD-techno­logie, waarbij het quantum­ka­naal samen met de dataka­nalen voortbeweegt.