Toshiba en Orange testen quantumnetwerk voor lange afstanden

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.