記者從中國科學技術大學獲悉，該校潘建偉院士及其同事張強、陳騰云與濟南量子技術研究院王向斌、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探測器，基于“濟青干線”現(xiàn)場光纜，突破現(xiàn)場遠距離高性能單光子干涉技術，分別采用激光注入鎖定實現(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實現(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))最遠的傳輸距離。相關研究成果日前分別發(fā)表于國際著名學術期刊《物理評論快報》(被選為編輯推薦文章)和《自然·光子學》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行中繼，因此實際應用中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，所以特別適合遠距離QKD。此前，潘建偉團隊已經(jīng)在實驗室內(nèi)實現(xiàn)超過500公里TF-QKD的驗證，然而，在實際場景的苛刻環(huán)境下實現(xiàn)TF-QKD是極其困難的。實驗室內(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)展時頻傳輸技術和激光注入鎖定技術，將現(xiàn)場相隔幾百公里的兩個獨立激光器的波長鎖定為相同;再針對現(xiàn)場復雜的鏈路環(huán)境，開發(fā)了光纖長度及偏振變化實時補償系統(tǒng);此外，對于現(xiàn)場光纜中其他業(yè)務的串擾，精心設計了QKD光源的波長，并通過窄帶濾波將串擾噪聲濾除;最后結合高計數(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最遠距離新的世界紀錄，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，并在實際環(huán)境中證明了TF-QKD的可行性，為實現(xiàn)長距離光纖量子網(wǎng)絡鋪平了道路。(記者 吳長鋒)
關鍵詞： 光纖量子密鑰分發(fā) 性能單光子干涉技術 激光 TF-QKD
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