橡树岭国家实验室 演示之前，团队在ORNL准备了QKD的设备
学分:吉纳维夫·马丁/美国橡树岭国家实验室
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能量的 美国能源部橡树岭和洛斯阿拉莫斯国家实验室的一个团队连续第二年领导了一场由EPB主持的演示，该公司是一家服务于田纳西州查塔努加的社区公用事业和电信公司
该团队利用EPB光纤网络的一个孤立部分，对基于量子的技术进行了实验，这些技术可以提高国家电网的网络安全性、寿命和效率
在其他成功案例中，研究人员与他们的新行业伙伴Qubitekk合作，大幅增加了这些资源的覆盖范围
该团队测试了量子密钥分发系统，即QKD系统，该系统利用量子力学的力量来验证数据，并用秘密“密钥”加密信息
使用私有加密方法，密钥通过一个“可信节点”将“锁定”的信息从一个QKD系统安全地传输到另一个系统，该节点实际上不会受到网络攻击
“这项技术并不依赖于控制现代计算机安全的数学定律，而是依赖于量子力学的物理定律，这些定律不会随着时间的推移而改变，”领导蓝勒量子通信团队的雷蒙德·纽厄尔说
“因此，我们可以做出无限期有效的安全保证，因为它们不依赖于假设
" 去年，ORNL、兰勒和EPB证明了QKD系统可以无缝协作，尽管有不同的底层硬件和软件组件，这是最终将QKD纳入国家电网的重要一步。国家电网为美国各地的建筑物提供电力
这些系统有助于确保支持公用事业所有者和运营商的各种供应商的设备的兼容性
“在展示了互操作性后，我们现在可以展示扩展范围的优势，覆盖更大的领域，并且比单个系统单独运行可能走得更远，”纽厄尔说
在今年的演示中，研究人员将他们的系统和一个由QKD开发商和制造商Qubitekk开发的新系统放置在查塔努加的变电站中
这些变电站通过EPB的光纤网络连接起来，光纤网络是用来测试的，并作为一个信号站，允许每个系统将一个密钥传递给下一个系统
此前，严重的距离限制使QKD无法成为现有网格管理技术的可行补充，但这次测试证明，三个不同的系统可以完成量子密钥在城市中的真实传递
“在真实环境中成功展示QKD的表现有助于确立这项技术在保护关键能源基础设施方面的可行性，”ORNL量子信息科学小组组长尼古拉斯·皮特斯说
将QKD系统储存在变电站——被建筑物、摄像头、围栏和其他安全措施包围的盒子——提供了网络和物理保护
“QKD是独一无二的，因为它可以检测到任何试图拦截和复制信息的窃听者的存在，”ORNL量子通信小组组长菲尔·埃文斯说
“这些拦截显示为错误，我们在它们泄露任何关键信息之前就把它们扔掉了
" 除了扩展这些系统可以通信的物理距离之外，可信节点方法还通过允许额外的子站存在于量子网络上而使公用事业提供商受益
因此，控制中心可以同时向所有变电站传达并安全地发布关键指令
ORNL量子研究人员，从左至右，布莱恩·威廉斯，菲尔·埃文斯和尼克·皮特斯在研究他们的QKD系统
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能量的 “有了这项技术，公用事业可以获得更好的网络安全，而不会带来管理上的麻烦
“这是一个既定又忘的解决方案，简化了公用事业公司的网络安全运营，”Qubitekk总裁兼首席技术官邓肯·厄尔(Duncan Earl)表示
当前的智能电网通信利用了现有的经典技术，但是增加私有量子网络将增强网络安全并提高关键资源的持久性
虽然智能手机和笔记本电脑等日常设备通常需要每隔几年更换一次，但更换变电站或发电机往往是不切实际且昂贵的
“原则上，整合到电网中的QKD系统将保持几十年的安全，匹配或超过物理基础设施的使用寿命，”彼得斯说
虽然网络安全和寿命对QKD的业绩很重要，但更高的运营效率也很重要
例如，支持太阳能等可再生能源的电网部分依赖于不断变化的太阳和云层位置，QKD可以帮助电网的其他部分分担责任，以补偿波动的产量，同时仍能获得绿色能源的回报
EPB拥有全国最先进的智能电网之一，通过长期的合作伙伴关系和以前所未有的规模测试量子技术的新颖演示，它已经成为电网研究的先驱
EPB信息安全主管史蒂夫·莫里森说:“我们为与美国能源部、ORNL和兰格的合作感到骄傲，EPB能够为这次模拟主持这次基于量子的安全现场测试。”
“这些智能电网演示帮助我们开发有前景的技术，帮助保护美国电网免受网络攻击
" ORNL和蓝勒的研究人员继续开发量子技术——其中一些已经获得商业许可，一些处于早期测试阶段——两个实验室都计划继续与EPB合作
“我们发现他们是一个优秀的合作伙伴，”埃文斯说
“他们有一个非常前瞻性的思维，并建立了一个奇妙的光纤网络，其中包括他们让我们用于许多实验的隔离暗光纤试验台
没有EPB的人，我们不可能走这么远
" 一点一点地，该团队希望在国家电网系统中部署更多的QKD资源，以便在更大的范围内看到同样的进步
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