人工智能熱潮對(duì)數(shù)據(jù)流量提出了空前需求，但支撐它的基礎(chǔ)設(shè)施正面臨諸多挑戰(zhàn)。人工智能數(shù)據(jù)中心必須提供比以往更快速、更可靠的通信，同時(shí)還要應(yīng)對(duì)激增的能耗以及迫在眉睫的量子安全威脅——這種未來可能破譯現(xiàn)行加密方式的隱患。

為應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，發(fā)表于《先進(jìn)光子學(xué)》的一項(xiàng)新研究提出了一種量子安全架構(gòu)，該架構(gòu)僅需極少量數(shù)字信號(hào)處理消耗，即可滿足人工智能驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)中心光互聯(lián)場(chǎng)景的所有嚴(yán)苛要求。這套系統(tǒng)能夠以每秒太比特的速率傳輸數(shù)據(jù)，在實(shí)現(xiàn)低功耗運(yùn)行的同時(shí)有效防范未來量子攻擊。

湖北省光學(xué)基礎(chǔ)學(xué)科研究中心的科研人員在《先進(jìn)光子學(xué)》發(fā)表的論文中表示：“我們的研究為開發(fā)安全可靠、可擴(kuò)展且成本效益高的下一代光互聯(lián)系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)，既能保護(hù)AI驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)中心免受量子安全威脅，又能滿足現(xiàn)代數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用的高標(biāo)準(zhǔn)要求。”

提出的量子保密光互聯(lián)架構(gòu)采用全光傳輸方案，通過嵌入時(shí)鐘的本地振蕩器同步數(shù)據(jù)傳輸與量子密鑰分發(fā)終端，實(shí)現(xiàn)了安全可靠、超大容量且高效節(jié)能的數(shù)據(jù)傳輸
 

高效傳輸與長(zhǎng)效安全
該系統(tǒng)圍繞兩大核心目標(biāo)構(gòu)建：高效傳輸數(shù)據(jù)，并確保長(zhǎng)效安全性與可靠性。為簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)傳輸，它采用名為自零差相干傳輸?shù)募夹g(shù)，在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)同步傳輸參考信號(hào)。這使得接收端能更輕松地解碼處理信號(hào)，同時(shí)保持高靈敏度和穩(wěn)定性。該方法可實(shí)現(xiàn)每秒超過1.6太比特的數(shù)據(jù)傳輸，并維持較低能耗與成本。

在安全方面，系統(tǒng)集成量子密鑰分發(fā)技術(shù)，利用量子力學(xué)原理生成加密密鑰。這些密鑰一旦被截獲或復(fù)制就會(huì)觸發(fā)警報(bào)，通過與量子密鑰結(jié)合的AES-256加密算法為經(jīng)典數(shù)據(jù)傳輸提供保障。即便面對(duì)未來量子計(jì)算機(jī)的挑戰(zhàn)，也能確保強(qiáng)勁的長(zhǎng)效防護(hù)。

為同時(shí)傳輸經(jīng)典數(shù)據(jù)與量子信號(hào)，系統(tǒng)采用多芯光纖——單根光纖內(nèi)包含多個(gè)獨(dú)立通道。這種設(shè)計(jì)允許多類信號(hào)并行傳輸且互不干擾，同時(shí)完全兼容現(xiàn)有光纖基礎(chǔ)設(shè)施。

在七芯光纖實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中，經(jīng)典數(shù)據(jù)通過自零差相干系統(tǒng)傳輸，量子信號(hào)則經(jīng)由量子密鑰分發(fā)技術(shù)加密。系統(tǒng)平均密鑰生成速率達(dá)229千比特/秒，每個(gè)纖芯均支持400千兆比特/秒的加密數(shù)據(jù)傳輸。

在持續(xù)24小時(shí)、傳輸距離達(dá)3.5公里的模擬真實(shí)環(huán)境測(cè)試中，該網(wǎng)絡(luò)以2千比特/秒總速率傳輸經(jīng)典數(shù)據(jù)，并保持205千比特/秒的平均量子密鑰生成速率，相當(dāng)于每秒產(chǎn)生約583個(gè)加密密鑰。在整個(gè)試驗(yàn)過程中，系統(tǒng)累計(jì)消耗1440個(gè)會(huì)話密鑰，實(shí)時(shí)加密解密21.6貝脫比特經(jīng)典數(shù)據(jù)且零誤差。

這種新型數(shù)據(jù)傳輸架構(gòu)不僅滿足下一代數(shù)據(jù)中心的速度要求，還通過光子學(xué)與量子密碼技術(shù)的融合提供了強(qiáng)勁安全保障。它成功突破現(xiàn)有系統(tǒng)瓶頸，實(shí)現(xiàn)了極低的傳輸損耗，兼具高效性與可靠性。研究人員指出：通過將尖端光子學(xué)與量子密碼技術(shù)相融合，我們?yōu)闃?gòu)建安全、節(jié)能、超高速網(wǎng)絡(luò)開辟了道路，這種網(wǎng)絡(luò)能夠支撐數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該研究為開發(fā)高效安全的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)指明了前景廣闊的發(fā)展方向，足以應(yīng)對(duì)自動(dòng)駕駛、大語言模型等AI應(yīng)用場(chǎng)景激增的數(shù)據(jù)傳輸需求。