千公里無中繼光纖量子密鑰分發(fā)首度實現(xiàn)|世界焦點

(資料圖)

本報訊（記者王敏）中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、張強等與清華大學(xué)王向斌，濟(jì)南量子技術(shù)研究院劉洋，中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所尤立星、張偉君等合作，通過發(fā)展低串?dāng)_相位參考信號控制、極低噪聲單光子探測器等技術(shù)，實現(xiàn)了光纖中1002公里點對點遠(yuǎn)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(jì)錄，也提供了城際量子通信高速率主干鏈路的方案。相關(guān)研究成果近日發(fā)表于《物理評論快報》。

研究團(tuán)隊采用了王向斌等提出的“發(fā)送-不發(fā)送”雙場量子密鑰分發(fā)協(xié)議。該協(xié)議在現(xiàn)實條件下可有效增加量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)工作距離。為了進(jìn)行極遠(yuǎn)距離的量子密鑰分發(fā)，研究團(tuán)隊與長飛光纖光纜股份有限公司合作，采用基于“純二氧化硅纖芯”技術(shù)的超低損光纖，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(xué)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(dǎo)單光子探測器，通過在40開爾文和2.2開爾文溫區(qū)進(jìn)行多級濾波抑制熱輻射引起的暗計數(shù)，將單光子探測器的噪聲降低至0.02個每秒。

研究團(tuán)隊還發(fā)展了時分復(fù)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(chǔ)上，該研究實現(xiàn)了最遠(yuǎn)達(dá)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(jìn)行優(yōu)化后，研究團(tuán)隊在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(yuǎn)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。

審稿人認(rèn)為這項工作是“該領(lǐng)域極其重要的進(jìn)展，也是量子密鑰分發(fā)技術(shù)新的里程碑”。

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https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.130.210801

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