創(chuàng)新紀(jì)錄！我國科研團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)508公里光纖量子通信

《中國科學(xué)報(bào)》從北京量子信息科學(xué)研究院獲悉，該院首席科學(xué)家袁之良團(tuán)隊(duì)與南京大學(xué)副教授尹華磊等人合作，首次在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了打破安全碼率-距離界限的異步測量設(shè)備無關(guān)量子密鑰分發(fā)，成功實(shí)現(xiàn)508公里光纖量子通信，以及破紀(jì)錄的城際密鑰率和雙光子干涉距離。6月20日，相關(guān)研究成果發(fā)表于《物理評論快報(bào)》。

據(jù)了解，點(diǎn)對點(diǎn)量子密鑰分發(fā)(QKD)的密鑰率隨著信道的損耗呈線性衰減。雙場量子密鑰分發(fā)(TF-QKD)可以使得密鑰率以信道衰減的平方根線性下降，備受關(guān)注并取得成功。但雙場協(xié)議系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，通常需要相位跟蹤、頻率校準(zhǔn)等模塊來保證穩(wěn)定的長距離單光子干涉。

尹華磊等人在2022年提出一種新穎的異步測量設(shè)備無關(guān)量子密鑰分發(fā)(Asynchronous MDI-QKD)協(xié)議，該協(xié)議通過經(jīng)典后處理實(shí)現(xiàn)時(shí)間復(fù)用，構(gòu)建了雙光子貝爾態(tài)，建立起MDI-QKD與TF-QKD之間的橋梁。后測量配對技術(shù)可大大降低TF-QKD系統(tǒng)中對激光源、相位穩(wěn)定性等的嚴(yán)格要求，在中長距離還可實(shí)現(xiàn)更高的安全密鑰率。

同步與異步配對方案對比圖北京量子信息科學(xué)研究院供圖

袁之良團(tuán)隊(duì)基于異步測量設(shè)備無關(guān)量子密鑰分發(fā)協(xié)議與新型的響應(yīng)過濾方法，研制出200微秒時(shí)間間隔內(nèi)仍可進(jìn)行穩(wěn)定異步雙光子干涉的量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)，首次在無需相位跟蹤技術(shù)且進(jìn)行了嚴(yán)格的組合安全有限密鑰分析的情況下突破了安全碼率界限。

袁之良介紹，該實(shí)驗(yàn)工作實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)紀(jì)錄的雙光子干涉距離和城際密鑰率，將MDI-QKD的最大光纖傳輸距離從404公里提高到508公里。在400公里處其密鑰率相比之前提高了6個(gè)數(shù)量級，201公里與306公里處的安全密鑰率分別超過57000比特/秒與5000比特/秒，可滿足語音通信等實(shí)時(shí)加密需求。該研究成果對商用化、高安全城際量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)和我國構(gòu)建經(jīng)濟(jì)高效的城際量子安全網(wǎng)絡(luò)具有重要意義。(來源：中國科學(xué)報(bào) 沈春蕾)

作者：袁之良等 來源：《物理評論快報(bào)》