合肥見證新世界紀錄誕生

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5月28日，記者從中國科學技術(shù)大學獲悉，該校潘建偉、張強等與清華大學、濟南量子技術(shù)研究院、中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所等單位學者合作，實現(xiàn)了光纖中1002公里點對點遠距離量子密鑰分發(fā)，不僅創(chuàng)下了光纖無中繼量子密鑰分發(fā)距離的世界紀錄，也提供了城際量子通信高速率主干鏈路的方案。

量子密鑰分發(fā)基于量子力學基本原理，可以在用戶間進行安全的密鑰分發(fā)，結(jié)合“一次一密”的加密方式，進而可實現(xiàn)最高安全性的保密通信。然而，量子密鑰分發(fā)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(fā)協(xié)議利用單光子干涉的特性，將成碼率與距離的關(guān)系從一般量子密鑰分發(fā)的線性關(guān)系提升至平方根的水平，因此可以獲得遠超過一般量子密鑰分發(fā)方案的成碼距離。

該研究團隊采用了“發(fā)送-不發(fā)送”雙場量子密鑰分發(fā)協(xié)議，在現(xiàn)實條件下有效地提升量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)工作距離。為了進行極遠距離的量子密鑰分發(fā)，研究團隊與長飛光纖光纜股份有限公司合作，實現(xiàn)低于0.16分貝每公里的量子信道光纖鏈路。中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所發(fā)展了極低噪聲超導單光子探測器，將單光子探測器的噪聲降低至0.02個每秒。

研究團隊還發(fā)展了時分復用的雙波長相位估計方案，避免了同波長參考光二次瑞利散射、不同波長參考光自發(fā)拉曼散射等噪聲影響，將鏈路噪聲降低至0.01赫茲以下。

在上述技術(shù)發(fā)展的基礎上，該工作實現(xiàn)了最遠達1002公里的雙場量子密鑰分發(fā)，獲得0.0034比特每秒成碼率。對系統(tǒng)參數(shù)進行優(yōu)化后，在202公里光纖距離下獲得47.06千比特每秒成碼率，并且在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(guān)”量子密鑰分發(fā)提高了6個數(shù)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(fā)方案的可行性，也驗證了在城際光纖距離下，采用該協(xié)議可以實現(xiàn)高成碼率的量子密鑰分發(fā)，適合城際量子通信主干鏈路使用。5月25日，相關(guān)研究成果發(fā)表于知名學術(shù)期刊《物理評論快報》，審稿人高度評價該工作，認為這項工作是“該領域極其重要的進展，量子密鑰分發(fā)技術(shù)新的里程碑”。

合報科學+融媒體工作室

合肥通客戶端-合報全媒體記者 劉暢司晨

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