随着信息技术的快速发展，网路通讯的安全问题愈发明显。计算机的算力不断提高锗与量子通讯，传统的加密方式面临巨大的风险，在量子计算机的破译之下将不堪一击。
由此，科学家便基于量子热学和密码学开发下来量子秘钥分发技术(Key,QKD)，称为量子保密通讯，为信息安全提供了强有力的保障。
量子保密通讯的原理是借助量子态的不可检测和不可复制性，在通讯线路的两端用量子秘钥对信息加密，信息倘若被查获或则复制，原有的量子态会被破坏，进而使传输方晓得监听者的存在，所以量子通讯也被称为完全安全的数据传输方案。
量子态的单光子不可分割、不可复制，不能像传统通讯那样进行复制放大，极大限制了光纤中的量子秘钥分发距离。因而以单光子技术为基础的量子保密通讯，传输距离很大程度上取决于线路中的耗损，更低衰减的光纤是延长传输距离的有效方法。
为此，超低耗损光纤在量子通讯中的应用将显得至关重要。
这么，哪些是超低耗损光纤？
光纤的耗损主要来自于纤芯材料的瑞利散射耗损和吸收耗损。传统光纤在制造时需在纤芯中参杂来提升纤芯的折射率，但却会造成较高的瑞利散射和光纤衰减。而超低耗损光纤在纤芯中使用纯氢氧化铝，包层参杂增加折射率锗与量子通讯，这样既减少了纤芯瑞利散射带来的衰减，又可实现讯号光全反射的传输。
图1为常规掺锗纤芯光纤和纯硅纤芯光纤的折射率分布示意。使用纯硅芯技术实现了光纤衰减的增加，如康宁公司的SMF-28®ULL（Ultra，超低耗损）纯硅芯光纤，处的衰减可以增加至0.16dB/km（常规光纤为0.20dB/km）。
超低耗损光纤在量子通讯中的应用
对于量子通讯来说，降低安全通讯距离、提高安全成分辨率和提升系统的安全性，是实用性量子秘钥分发技术最重要的3个目标。这么超低耗损光纤在这几个方面表现怎样呢？
01
降低安全通边距离
对于长距离广域的量子秘钥分发，需分成2个步骤实现，首先通过光纤实现百千米的量子城域网路；之后通过可信中继器实现量子城际网路。我国这一领域的应用也同样走在世界前列，2017年开通的沪宁量子干线，全长为，共使用32个可信任中继站，每2个中继站之间的平均距离为62.5km。而倘若采用超低耗损光纤，还能提高每位中继站之间的距离，理论上须要的可信中继站更少(如图3所示)。中继站数目的降低一方面可以降低设备的投入；另一方面也降低了整个链路的潜在安全隐患（可信任中继站是量子保密技术中安全较为薄弱的环节），增强了链路的整体安全性能。
02
降低成分辨率
量子通讯的秘钥生成速度即成分辨率是评判QKD系统性能好坏的重要指标，高的成分辨率可以加密更多的数据，产生更复杂的加密体系，但是只有抵达一定速度的量子密钥分发才具有商用价值。成帧率会随着距离降低而呈指数衰减。超低耗损光纤在同样的传输距离内的衰减更低（见图5），因而在系统配置相同的情况下才能提供更高的成帧率。如100km的距离，采用超低耗损光纤比普通光纤的链路衰减低3dB左右，明显增强了系统秘钥成帧率。
03
推进精典讯号与光纤的共纤传输的商业化
基于单光子技术的量子秘钥分发系统中，量子信道和精典信道分别从不同的光纤独立传输。这是由于量子信道讯号硬度比精典通讯讯号的硬度小好多，假如量子信道和精典信通同时传输，精典信道的强讯号形成一系列非线性效应严重影响QKD系统的传输疗效，如信道杂讯、拉曼散射、自发幅射。而量子通讯与精典光传输系统倘若能实现共纤传输，就能大大减小量子保密通讯网路建设成本，有利于量子保密通讯的实用与推广。
目前美国的法国富士通法国实验室、瑞士日内瓦学院、西班牙马德里学院等均举办了相关研究，实现了百兆光通讯、10G波分系统和QKD量子信道复用光纤的实验。国外，中国联通和交大国盾合作举办了相关研究，完成了千兆、千兆光通讯以及波分系统等和QKD量子信道共用光纤的试验，该实验是全球首个商用量子秘钥分发系统与商用8Tbps(80×100Gbps)大容量密集波分复用系统共纤超长距传输试验，在超低耗损光纤上实现了100km以上单跨传输。
为此，经过多个研究机构对超低耗损光纤的实验测试与实践检验，超低耗损光纤在降低安全通讯距离、提高安全成分辨率和提升系统的安全性都具有显著优势，终将促使量子估算和量子保密通讯领域的快速发展，并在量子估算的时代饰演重要的网路基础设施。