記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校潘建偉院士及其同事張強(qiáng)、陳騰云與濟(jì)南量子技術(shù)研究院王向斌、劉洋等合作，利用中科院上海微系統(tǒng)所尤立星小組研制的超導(dǎo)探測器，基于“濟(jì)青干線”現(xiàn)場光纜，突破現(xiàn)場遠(yuǎn)距離高性能單光子干涉技術(shù)，分別采用激光注入鎖定實(shí)現(xiàn)了428公里雙場量子密鑰分發(fā)(TF-QKD)，同時利用時頻傳遞技術(shù)實(shí)現(xiàn)了511公里TF-QKD，是目前現(xiàn)場無中繼光纖QKD(量子密鑰分發(fā))最遠(yuǎn)的傳輸距離。相關(guān)研究成果日前分別發(fā)表于國際著名學(xué)術(shù)期刊《物理評論快報(bào)》(被選為編輯推薦文章)和《自然·光子學(xué)》上。
由于未知量子態(tài)的不可克隆性，也使得QKD不能像經(jīng)典光通信那樣，通過光放大對傳輸進(jìn)行中繼，因此實(shí)際應(yīng)用中QKD的傳輸距離受到光纖損耗的限制。相比傳統(tǒng)協(xié)議，TF-QKD協(xié)議具有密鑰率隨信道透過率的平方根尺度下降的優(yōu)勢，所以特別適合遠(yuǎn)距離QKD。此前，潘建偉團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)實(shí)現(xiàn)超過500公里TF-QKD的驗(yàn)證，然而，在實(shí)際場景的苛刻環(huán)境下實(shí)現(xiàn)TF-QKD是極其困難的。實(shí)驗(yàn)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，但現(xiàn)場環(huán)境中這些是不可避免的。
科研人員基于此前提出的發(fā)送-不發(fā)送”雙場量子密鑰分發(fā)協(xié)議，發(fā)展時頻傳輸技術(shù)和激光注入鎖定技術(shù)，將現(xiàn)場相隔幾百公里的兩個獨(dú)立激光器的波長鎖定為相同;再針對現(xiàn)場復(fù)雜的鏈路環(huán)境，開發(fā)了光纖長度及偏振變化實(shí)時補(bǔ)償系統(tǒng);此外，對于現(xiàn)場光纜中其他業(yè)務(wù)的串?dāng)_，精心設(shè)計(jì)了QKD光源的波長，并通過窄帶濾波將串?dāng)_噪聲濾除;最后結(jié)合高計(jì)數(shù)率低噪聲單光子探測器，在現(xiàn)場將無中繼光纖QKD的安全成碼距離推至500公里以上。
這些研究成果成功創(chuàng)造了現(xiàn)場光纖無中繼QKD最遠(yuǎn)距離新的世界紀(jì)錄，在超過500公里的光纖成碼率打破了傳統(tǒng)無中繼QKD所限定的成碼率極限，即超過了理想的探測裝置(探測器效率為100%)下的無中繼QKD成碼極限，并在實(shí)際環(huán)境中證明了TF-QKD的可行性，為實(shí)現(xiàn)長距離光纖量子網(wǎng)絡(luò)鋪平了道路。(記者 吳長鋒)
關(guān)鍵詞： 光纖量子密鑰分發(fā) 性能單光子干涉技術(shù) 激光 TF-QKD
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