509公里！我科學(xué)家創(chuàng )造光纖量子通信新紀錄

  ICCSZ訊 3日，記者從濟南量子技術(shù)研究院獲悉，繼首次實(shí)驗驗證了遠距離雙場(chǎng)量子密鑰分發(fā)可行性，在300公里真實(shí)環(huán)境的光纖中實(shí)現了雙場(chǎng)量子密鑰分發(fā)實(shí)驗后，濟南量子技術(shù)研究院王向斌教授、劉洋研究員與中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉院士團隊再次合作，實(shí)現了509公里真實(shí)環(huán)境光纖的雙場(chǎng)量子密鑰分發(fā)（TF-QKD）。相關(guān)成果已于近日在線(xiàn)發(fā)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(chuàng )造了量子密鑰分發(fā)最遠傳輸距離新的世界紀錄。

  在量子密鑰分發(fā)（QKD）的長(cháng)距離實(shí)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(xiàn)性下降，甚至可以在無(wú)中繼的情形下輕松突破QKD成碼率線(xiàn)性界限。然而，TF-QKD的實(shí)施條件相當苛刻，要求兩個(gè)遠程獨立激光器的單光子級干涉，同時(shí)需要通過(guò)單光子探測結果實(shí)現長(cháng)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(fā)送—不發(fā)送”雙場(chǎng)量子密鑰分發(fā)協(xié)議，大幅提高了系統對相位噪聲的容忍能力；實(shí)驗方面張強團隊采用了時(shí)頻傳輸技術(shù)，將兩個(gè)獨立遠程激光器的波長(cháng)鎖定為相同，并利用附加相位參考光來(lái)估計光纖的相對相位快速漂移，確保了測量器件無(wú)關(guān)的安全屬性。最終在實(shí)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(wú)中繼QKD所限定的絕對理論成碼率極限。同時(shí)，與其他雙場(chǎng)QKD實(shí)驗相比，該研究在安全性上擁有獨特優(yōu)勢：既是測量設備無(wú)關(guān)的，又充分考慮了有限碼長(cháng)下的安全性。如果將系統重復頻率升級至京滬干線(xiàn)等遠距離量子通信網(wǎng)絡(luò )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(wǎng)絡(luò )中的可信中繼數量，大幅提升光纖量子保密通信網(wǎng)絡(luò )的安全性。