空芯光纖里只填充了空氣，但這項(xiàng)技術(shù)的安全應(yīng)用前景廣闊。
新型光纖里除了稀薄的空氣啥都沒填充，但可高效實(shí)現(xiàn)量子密鑰分發(fā)（QKD）。量子密鑰分發(fā)是基本上無法破解的一種安全協(xié)議，主要用于在網(wǎng)絡(luò)攻擊越來越復(fù)雜的時(shí)代保護(hù)敏感數(shù)據(jù)免遭竊取和破解。
英國電信（BT）花費(fèi)數(shù)月研制傳統(tǒng)光纖電纜替代技術(shù)——空芯光纖，并于近日用六千米長的空芯光纖實(shí)驗(yàn)了量子密鑰分發(fā)。
光纖通常由實(shí)芯玻璃絲制成，通過引導(dǎo)激光發(fā)射器發(fā)出的光信號來傳輸信息?？招竟饫w則整條光纖中空，在玻璃環(huán)中填充空氣。
結(jié)果表明，這種設(shè)置更適合QKD，因?yàn)闇p少了不同信號間相互干擾和破壞整個(gè)過程的概率。
QKD的運(yùn)行機(jī)制類似于傳統(tǒng)密碼：用加密密鑰將數(shù)據(jù)編碼為不可讀消息，接收方用此密鑰解密消息。這種方法的工作原理是將加密密鑰編碼到量子粒子（也稱為量子位）上，再將此量子粒子發(fā)送給另一個(gè)人，這個(gè)人測量量子位以獲取密鑰值。
對安全研究人員而言，這種方法很有意思，因?yàn)樵摲椒ɑ诹孔游锢矶桑毫孔游灰唤?jīng)測量就改變狀態(tài)。這意味著，如果第三方竊聽密鑰交換過程并測量量子位以求得加密密鑰，那就會不可避免地留下入侵痕跡。
因此，密碼學(xué)家認(rèn)為QKD是“可證明”安全的。該方法有望為數(shù)據(jù)交換再加一層安全，尤其是在黑客不斷開發(fā)出各種工具破解現(xiàn)有安全協(xié)議的當(dāng)下。
這種技術(shù)尚處于新生階段，研究人員正考察各種QKD實(shí)現(xiàn)方法；其中一種最為成熟的方法是用光纖電纜發(fā)送加載了加密密鑰的量子位和實(shí)際加密的消息。
但如果使用傳統(tǒng)光纖，也就是用實(shí)芯玻璃做成的那種光纖，這種協(xié)議的有效性有限。因?yàn)槌休d信息的光信號在玻璃中傳輸時(shí)容易擴(kuò)散其波長，這種“串?dāng)_”效應(yīng)可導(dǎo)致光信道泄漏進(jìn)其他信道。
出于這個(gè)原因，加密消息無法通過承載量子位的同一光纖電纜傳輸，該電纜異常脆弱，易受串?dāng)_導(dǎo)致的噪聲影響。英國電信表示，整個(gè)過程就好比想在管弦樂隊(duì)旁邊悄聲交談。
這里就是空芯光纖可以大顯身手的地方了。在填充空氣的信道中，光信號不會那么分散，信道間的串?dāng)_也沒那么多。換句話說，即使在同一條光纖上傳輸，加密數(shù)據(jù)流和承載加密密鑰的微弱量子信號之間也存在明顯的分隔。
因此，空芯光纖是無需構(gòu)建太多基礎(chǔ)設(shè)施的“一體式”解決方案，可作為更加高效的QKD備選方案。
英國電信的Catherine White向媒體透露稱：“我們現(xiàn)在知道，只要使用空芯光纖，我們就可以將量子信道放心架設(shè)在任何想架設(shè)的地方。而使用標(biāo)準(zhǔn)光纖，我們要么不得不為QKD系統(tǒng)分配單獨(dú)的光纖，要么不得不在做計(jì)劃時(shí)盡量避免涉及太多傳統(tǒng)電力。”
而且，在之前的試驗(yàn)中，英國電信還證明了，通過填充空氣的空芯光纖發(fā)送光信號比通過實(shí)芯玻璃光纖發(fā)送快得多：該公司宣稱，用空芯光纖傳輸數(shù)據(jù)比用傳統(tǒng)光纖快50%。
也就是說，該項(xiàng)技術(shù)還可大幅減少數(shù)據(jù)傳輸延遲。White稱：“試驗(yàn)表明了我們可以采用哪種材料，這種材料具有低延遲、低散射的良好特性。”
英國電信的試驗(yàn)仍很有限：實(shí)驗(yàn)并沒有走到交換實(shí)際加密數(shù)據(jù)的地步，而是觀察量子粒子沿高功率傳統(tǒng)信道（也就是光信號）傳輸時(shí)的行為。White表示，試驗(yàn)的成功仰賴兩條信道都保持良好狀態(tài)的事實(shí)，而標(biāo)準(zhǔn)光纖達(dá)不到這種水平。
“我們只是證明了密鑰交換，并沒有測試加密。”
但試驗(yàn)的參數(shù)，例如量子位錯(cuò)誤率，表明該系統(tǒng)可有效生成能用于保護(hù)數(shù)據(jù)的密鑰。將此技術(shù)應(yīng)用到數(shù)據(jù)交換的實(shí)驗(yàn)如今正在進(jìn)行。
下一個(gè)挑戰(zhàn)將是證明該技術(shù)是否能夠擴(kuò)展。英國電信的試驗(yàn)是在六公里長的光纖電纜上做的，這一距離遠(yuǎn)小于其他實(shí)驗(yàn)中研究人員成功傳輸量子粒子的距離：數(shù)百千米。
比如說，今年早些時(shí)候，東芝歐洲劍橋研究實(shí)驗(yàn)室的研究人員在600千米長的光纖上演示了QKD。
對此，White解釋稱，由于具有低延遲和低散射特性，英國電信試驗(yàn)中所用的空芯光纖并非低損耗的，而低損耗是擴(kuò)展QKD距離的重要屬性。不過，研究人員正在調(diào)整材料，嘗試改善這種材料在低損耗方面的表現(xiàn)。
White稱：“研究發(fā)現(xiàn)顯示，為特定波長調(diào)諧光纖時(shí)，我們能夠?qū)p耗降低到令人驚異的地步。這表明前景非常光明，我們期待下一步進(jìn)展。”
這確實(shí)意味著空芯光纖有可能實(shí)現(xiàn)更長的QKD距離。
