隨著信息技術的快速發展，網路通訊的安全問題愈發明顯。計算機的算力不斷提高鍺與量子通訊，傳統的加密方式面臨巨大的風險，在量子計算機的破譯之下將不堪一擊。
由此，科學家便基于量子熱學和密碼學開發下來量子秘鑰分發技術(Key,QKD)，稱為量子保密通訊，為信息安全提供了強有力的保障。
量子保密通訊的原理是借助量子態的不可檢測和不可復制性，在通訊線路的兩端用量子秘鑰對信息加密，信息倘若被查獲或則復制，原有的量子態會被破壞，進而使傳輸方曉得監聽者的存在，所以量子通訊也被稱為完全安全的數據傳輸方案。
量子態的單光子不可分割、不可復制，不能像傳統通訊那樣進行復制放大，極大限制了光纖中的量子秘鑰分發距離。因而以單光子技術為基礎的量子保密通訊，傳輸距離很大程度上取決于線路中的耗損，更低衰減的光纖是延長傳輸距離的有效方法。
為此，超低耗損光纖在量子通訊中的應用將顯得至關重要。
這么，哪些是超低耗損光纖？
光纖的耗損主要來自于纖芯材料的瑞利散射耗損和吸收耗損。傳統光纖在制造時需在纖芯中參雜來提升纖芯的折射率，但卻會造成較高的瑞利散射和光纖衰減。而超低耗損光纖在纖芯中使用純氫氧化鋁，包層參雜增加折射率鍺與量子通訊，這樣既減少了纖芯瑞利散射帶來的衰減，又可實現訊號光全反射的傳輸。
圖1為常規摻鍺纖芯光纖和純硅纖芯光纖的折射率分布示意。使用純硅芯技術實現了光纖衰減的增加，如康寧公司的SMF-28?ULL（Ultra，超低耗損）純硅芯光纖，處的衰減可以增加至0.16dB/km（常規光纖為0.20dB/km）。
超低耗損光纖在量子通訊中的應用
對于量子通訊來說，降低安全通訊距離、提高安全成分辨率和提升系統的安全性，是實用性量子秘鑰分發技術最重要的3個目標。這么超低耗損光纖在這幾個方面表現怎樣呢？
01
降低安全通邊距離
對于長距離廣域的量子秘鑰分發，需分成2個步驟實現，首先通過光纖實現百千米的量子城域網路；之后通過可信中繼器實現量子城際網路。我國這一領域的應用也同樣走在世界前列，2017年開通的滬寧量子干線，全長為，共使用32個可信任中繼站，每2個中繼站之間的平均距離為62.5km。而倘若采用超低耗損光纖，還能提高每位中繼站之間的距離，理論上須要的可信中繼站更少(如圖3所示)。中繼站數目的降低一方面可以降低設備的投入；另一方面也降低了整個鏈路的潛在安全隱患（可信任中繼站是量子保密技術中安全較為薄弱的環節），增強了鏈路的整體安全性能。
02
降低成分辨率
量子通訊的秘鑰生成速度即成分辨率是評判QKD系統性能好壞的重要指標，高的成分辨率可以加密更多的數據，產生更復雜的加密體系，但是只有抵達一定速度的量子密鑰分發才具有商用價值。成幀率會隨著距離降低而呈指數衰減。超低耗損光纖在同樣的傳輸距離內的衰減更低（見圖5），因而在系統配置相同的情況下才能提供更高的成幀率。如100km的距離，采用超低耗損光纖比普通光纖的鏈路衰減低3dB左右，明顯增強了系統秘鑰成幀率。
03
推進精典訊號與光纖的共纖傳輸的商業化
基于單光子技術的量子秘鑰分發系統中，量子信道和精典信道分別從不同的光纖獨立傳輸。這是由于量子信道訊號硬度比精典通訊訊號的硬度小好多，假如量子信道和精典信通同時傳輸，精典信道的強訊號形成一系列非線性效應嚴重影響QKD系統的傳輸療效，如信道雜訊、拉曼散射、自發幅射。而量子通訊與精典光傳輸系統倘若能實現共纖傳輸，就能大大減小量子保密通訊網路建設成本，有利于量子保密通訊的實用與推廣。
目前美國的法國富士通法國實驗室、瑞士日內瓦學院、西班牙馬德里學院等均舉辦了相關研究，實現了百兆光通訊、10G波分系統和QKD量子信道復用光纖的實驗。國外，中國聯通和交大國盾合作舉辦了相關研究，完成了千兆、千兆光通訊以及波分系統等和QKD量子信道共用光纖的試驗，該實驗是全球首個商用量子秘鑰分發系統與商用8Tbps(80×100Gbps)大容量密集波分復用系統共纖超長距傳輸試驗，在超低耗損光纖上實現了100km以上單跨傳輸。
為此，經過多個研究機構對超低耗損光纖的實驗測試與實踐檢驗，超低耗損光纖在降低安全通訊距離、提高安全成分辨率和提升系統的安全性都具有顯著優勢，終將促使量子估算和量子保密通訊領域的快速發展，并在量子估算的時代飾演重要的網路基礎設施。