突破500公里!現(xiàn)場光纖量子通信世界新紀(jì)錄誕生

    記者6月24日從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校教授潘建偉及其同事張強、陳騰云與濟(jì)南量子技術(shù)研究院王向斌、劉洋等合作，突破現(xiàn)場遠(yuǎn)距離高性能單光子干涉技術(shù)，利用兩種不同技術(shù)分別實現(xiàn)了428公里和511公里的雙場量子密鑰分發(fā)，創(chuàng)下了世界現(xiàn)場無中繼光纖量子密鑰分發(fā)最遠(yuǎn)傳輸距離。相關(guān)研究成果分別發(fā)表于國際著名學(xué)術(shù)期刊《物理評論快報》和《自然·光子學(xué)》上。

    量子不可克隆原理保證了量子密鑰分發(fā)的無條件安全性，而未知量子態(tài)的不可克隆性，也使得量子密鑰分發(fā)不能像經(jīng)典光通信那樣，通過光放大對傳輸進(jìn)行中繼，因此實際應(yīng)用中量子密鑰分發(fā)的傳輸距離受到光纖損耗的限制。

    相比傳統(tǒng)，雙場量子密鑰分發(fā)具有密鑰率隨信道透過率的平方根尺度下降的優(yōu)勢，所以特別適合遠(yuǎn)距離量子通信。此前，潘建偉團(tuán)隊已經(jīng)在實驗室內(nèi)實現(xiàn)超過500公里雙場量子密鑰分發(fā)驗證。然而，轉(zhuǎn)化至實際應(yīng)用場景實現(xiàn)則困難得多。溫度、振動、噪聲等都會影響信號傳輸。

    潘建偉團(tuán)隊基于王向斌提出的“發(fā)送-不發(fā)送”雙場量子密鑰分發(fā)協(xié)議，發(fā)展了時頻傳輸技術(shù)和激光注入鎖定技術(shù)，將現(xiàn)場相隔幾百公里的兩個獨立激光器的波長鎖定為相同，再針對現(xiàn)場復(fù)雜環(huán)境，開發(fā)了光纖長度及偏振變化實時補償系統(tǒng)。還精心設(shè)計了量子密鑰分發(fā)光源的波長，通過窄帶濾波將串?dāng)_噪聲濾除。最后結(jié)合中科院上海微系統(tǒng)所研制的高計數(shù)率低噪聲單光子探測器，在現(xiàn)場將無中繼光纖量子通信的安全成碼距離推至500公里以上。

    這項研究成果成功創(chuàng)造了現(xiàn)場光纖無中繼量子密鑰分發(fā)最遠(yuǎn)距離新的世界紀(jì)錄，在超過500公里的光纖成碼率打破了傳統(tǒng)無中繼量子密鑰分發(fā)所限定的成碼率極限，在實際環(huán)境中證明了雙場量子密鑰分發(fā)的可行性，并為實現(xiàn)長距離光纖量子網(wǎng)絡(luò)鋪平了道路。