中國科學家實現千公里無中繼光纖量子密鑰分發

  記者從中國科學技術大學獲悉，該校潘建偉、張強等與清華大學王向斌、濟南量子技術研究院劉洋、中國科學院上海微系統與資訊技術研究所尤立星、張偉君等合作，通過發展低串擾相位參考信號控制、極低噪聲單光子探測器等技術，實現了光纖中1002公里點對點遠距離量子密鑰分發，不僅創下了光纖無中繼量子密鑰分發距離的世界紀錄，也提供了城際量子通信高速率主幹鏈路的方案。
  量子密鑰分發基於量子力學基本原理，可以在用戶間進行安全的密鑰分發，結合「一次一密」的加密方式，進而可實現最高安全性的保密通信。然而，量子密鑰分發的距離一直受到通信光纖的固有損耗和探測器噪聲等因素的限制。雙場量子密鑰分發協議利用單光子干涉的特性，可以有效提昇量子密鑰分發系統工作距離。
  據瞭解，在這項工作中，研究團隊採用了王向斌等人提出的「發送—不發送」雙場量子密鑰分發協議，與長飛光纖光纜股份有限公司合作，採用了基於「純二氧化矽纖芯」技術的超低損光纖。中國科學院上海微系統與資訊技術研究所發展了極低噪聲超導單光子探測器，研究團隊還發展了時分復用的雙波長相位估計方案。
  該工作實現了最遠達1002公里的雙場量子密鑰分發，獲得0.0034比特每秒成碼率。對系統參數進行優化後，在202公里光纖距離下獲得47.06千比特每秒成碼率，並且在300公里和400公里光纖距離下，獲得的成碼率相較原始「測量器件無關」量子密鑰分發提高了6個數量級。
  研究人員介紹，該工作不僅驗證了極遠距離下雙場量子密鑰分發方案的可行性，也驗證了在城際光纖距離下，採用該協議可以實現高成碼率的量子密鑰分發，適合城際量子通信主幹鏈路使用。
  近日，相關研究成果發表於國際權威學術期刊《物理評論快報》。