我國創(chuàng)造現(xiàn)場光纖量子保密通信新紀錄

2021年6月25日，中國科學技術(shù)大學潘建偉院士團隊與合作者利用中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所尤立星小組研制的超導探測器，基于“濟青干線”現(xiàn)場光纜，突破現(xiàn)場遠距離高性能單光子干涉技術(shù)，采用兩種技術(shù)方案分別實現(xiàn)428 km和511 km的雙場量子密鑰分發(fā)，創(chuàng)造世界現(xiàn)場光纖量子保密通信新紀錄。相關(guān)研究成果日前分別發(fā)表于《物理評論快報》和《自然·光子學》。

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，但量子密鑰分發(fā)不能像經(jīng)典光通信那樣通過光放大對傳輸進行中繼，因此分發(fā)距離受到光纖損耗的限制。

相比傳統(tǒng)協(xié)議，雙場量子密鑰分發(fā)協(xié)議特別適合遠距離量子密鑰分發(fā)。此前，潘建偉團隊已經(jīng)在實驗室內(nèi)實現(xiàn)超過500 km雙場量子密鑰分發(fā)的驗證。然而，在實際場景的苛刻環(huán)境下實現(xiàn)雙場量子密鑰分發(fā)極其困難。實驗室內(nèi)，溫度、振動以及人活動引起的聲音等噪聲都可以被有效隔離，但這些在現(xiàn)場環(huán)境中不可避免。

基于“發(fā)送-不發(fā)送”雙場量子密鑰分發(fā)協(xié)議，潘建偉團隊發(fā)展了時頻傳輸技術(shù)和激光注入鎖定技術(shù)，將現(xiàn)場相隔幾百千米的兩個獨立激光器的波長鎖定為相同，再針對現(xiàn)場復雜的鏈路環(huán)境，開發(fā)了光纖長度及偏振變化實時補償系統(tǒng)。對于現(xiàn)場光纜中其他業(yè)務的串擾，精心設計了量子密鑰分發(fā)光源的波長，并通過窄帶濾波將串擾噪聲濾除。最后結(jié)合高計數(shù)率低噪聲單光子探測器，在現(xiàn)場將無中繼光纖量子密鑰分發(fā)的安全成碼距離推至500 km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)最遠距離新的世界紀錄，在超過500 km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)絡鋪平了道路。

（來源：光明日報）

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