超過(guò)500公里！中國科大科學(xué)家創(chuàng )造現場(chǎng)光纖量子保密通信新紀錄

  ICC訊 記者6月24日從中國科大獲悉，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉院士團隊與合作者利用中科院上海微系統所尤立星小組研制的超導探測器，基于“濟青干線(xiàn)”現場(chǎng)光纜，突破現場(chǎng)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(shí)現428公里和511公里的雙場(chǎng)量子密鑰分發(fā)，創(chuàng )造世界現場(chǎng)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(xué)》。

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

  相比傳統協(xié)議，雙場(chǎng)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(shí)驗室內實(shí)現超過(guò)500公里雙場(chǎng)量子密鑰分發(fā)的驗證。然而，在實(shí)際場(chǎng)景的苛刻環(huán)境下實(shí)現雙場(chǎng)量子密鑰分發(fā)極其困難。實(shí)驗室內，溫度、振動(dòng)以及人活動(dòng)引起的聲音等噪聲都可以被有效隔離，但這些在現場(chǎng)環(huán)境中不可避免。

  基于“發(fā)送-不發(fā)送”雙場(chǎng)量子密鑰分發(fā)協(xié)議，潘建偉團隊發(fā)展了時(shí)頻傳輸技術(shù)和激光注入鎖定技術(shù)，將現場(chǎng)相隔幾百公里的兩個(gè)獨立激光器的波長(cháng)鎖定為相同。再針對現場(chǎng)復雜的鏈路環(huán)境，開(kāi)發(fā)了光纖長(cháng)度及偏振變化實(shí)時(shí)補償系統。對于現場(chǎng)光纜中其他業(yè)務(wù)的串擾，精心設計了量子密鑰分發(fā)光源的波長(cháng)，并通過(guò)窄帶濾波將串擾噪聲濾除。最后結合高計數率低噪聲單光子探測器，在現場(chǎng)將無(wú)中繼光纖量子密鑰分發(fā)的安全成碼距離推至500公里以上。

  這項研究成果成功創(chuàng )造了現場(chǎng)光纖無(wú)中繼量子密鑰分發(fā)最遠距離新的世界紀錄，在超過(guò)500公里的光纖成碼率打破了傳統無(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)現長(cháng)距離光纖量子網(wǎng)絡(luò )鋪平了道路。