量子噪声流密码与稀疏RLS-Volterra均衡器实现100公里SSMF上100 Gb/s IMDD安全传输

摘要： 本文首次通过实验验证了基于量子噪声流密码（QNSC）实现100公里标准单模光纤（SSMF）上100 Gb/s强度调制直接检测安全传输的方案。原始四电平脉冲幅度调制（PAM4）数据被随机映射为M电平数据序列，信道中产生的放大自发辐射噪声和散粒噪声等量子噪声可掩盖这些相邻信号电平。合法接收端需借助共享密钥区分的不是M电平加密数据而是4电平数据。本方案实现了98.72%的计算检测失败概率。显然，更多量子噪声能提升安全性但会降低信噪比。为平衡算法复杂度、传输性能与安全性能，我们首次在Volterra均衡器中采用基于递归最小二乘（RLS）算法的稀疏正则化方法。通过双驱动马赫-曾德尔调制器实现单边带调制消除光纤色散导致的功率衰减，无需色散补偿。由此实现了100公里SSMF上误码率（BER）低于7%开销硬判决前向纠错阈值3.8×10?3的100Gb/s PAM4-QNSC信号传输，并使Volterra均衡器复杂度降低>59%。此外，50公里SSMF上150 Gb/s PAM8-QNSC信号传输实测BER可低于20%开销软判决前向纠错阈值2.0×10?2。结果表明该方案能有效实现数据中心低成本、超高速（>100 Gb/s）且安全的光纤传输。