509公里！我科學家創造光纖量子通信新紀錄
來源：科技日報 2020-03-05 09:55:53
3日，記者從濟南量子技術研究院獲悉，繼首次實驗驗證了遠距離雙場量子密鑰分發可行性，在300公里真實環境的光纖中實現了雙場量子密鑰分發實驗后，濟南量子技術研究院王向斌教授、劉洋研究員與中國科學技術大學潘建偉院士團隊再次合作，實現了509公里真實環境光纖的雙場量子密鑰分發(TF-QKD)。相關成果已于近日在線發表在國際期刊《物理評論快報》上，王向斌教授和張強教授為論文共同通訊作者。該成果成功創造了量子密鑰分發最遠傳輸距離新的世界紀錄。
在量子密鑰分發(QKD)的長距離實際應用中，信道損耗是最嚴重的限制因素。TF-QKD利用單光子干涉作為有效探測事件，使安全成碼率隨信道衰減的平方根線性下降，甚至可以在無中繼的情形下輕松突破QKD成碼率線性界限。然而，TF-QKD的實施條件相當苛刻，要求兩個遠程獨立激光器的單光子級干涉，同時需要通過單光子探測結果實現長距離光纖鏈路相對相位快速漂移的精準估計。
該成果理論方面基于王向斌提出的“發送—不發送”雙場量子密鑰分發協議，大幅提高了系統對相位噪聲的容忍能力;實驗方面張強團隊采用了時頻傳輸技術，將兩個獨立遠程激光器的波長鎖定為相同，并利用附加相位參考光來估計光纖的相對相位快速漂移，確保了測量器件無關的安全屬性。最終在實驗室內將QKD安全成碼距離成功拓展至509公里，打破了傳統無中繼QKD所限定的絕對理論成碼率極限。同時，與其他雙場QKD實驗相比，該研究在安全性上擁有獨特優勢：既是測量設備無關的，又充分考慮了有限碼長下的安全性。如果將系統重復頻率升級至京滬干線等遠距離量子通信網絡中采用的1GHz，在300公里處，成碼率可達5kbps，這將大量減少骨干光纖量子通信網絡中的可信中繼數量，大幅提升光纖量子保密通信網絡的安全性。
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