突破500公里!現(xiàn)場(chǎng)光纖量子通信世界新紀(jì)錄誕生

    記者6月24日從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校教授潘建偉及其同事張強(qiáng)、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(chǎng)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(shí)現(xiàn)了428公里和511公里的雙場(chǎng)量子密鑰分發(fā)，創(chuàng)下了世界現(xiàn)場(chǎng)無(wú)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(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊《物理評(píng)論快報(bào)》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(wú)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(guò)光放大對(duì)傳輸進(jìn)行中繼，因此實(shí)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(chǎng)量子密鑰分發(fā)具有密鑰率隨信道透過(guò)率的平方根尺度下降的優(yōu)勢(shì)，所以特別適合遠(yuǎn)距離量子通信。此前，潘建偉團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)實(shí)現(xiàn)超過(guò)500公里雙場(chǎng)量子密鑰分發(fā)驗(yàn)證。然而，轉(zhuǎn)化至實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)則困難得多。溫度、振動(dòng)、噪聲等都會(huì)影響信號(hào)傳輸。

    潘建偉團(tuán)隊(duì)基于王向斌提出的“發(fā)送-不發(fā)送”雙場(chǎng)量子密鑰分發(fā)協(xié)議，發(fā)展了時(shí)頻傳輸技術(shù)和激光注入鎖定技術(shù)，將現(xiàn)場(chǎng)相隔幾百公里的兩個(gè)獨(dú)立激光器的波長(zhǎng)鎖定為相同，再針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜環(huán)境，開發(fā)了光纖長(zhǎng)度及偏振變化實(shí)時(shí)補(bǔ)償系統(tǒng)。還精心設(shè)計(jì)了量子密鑰分發(fā)光源的波長(zhǎng)，通過(guò)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(jì)數(shù)率低噪聲單光子探測(cè)器，在現(xiàn)場(chǎng)將無(wú)中繼光纖量子通信的安全成碼距離推至500公里以上。

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