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我國科學(xué)家實(shí)現(xiàn)千公里無中繼光纖量子密鑰分發(fā)

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2023-05-27 21:24:39 字號(hào)：A- A A+ 來源：新華社

記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校潘建偉、張強(qiáng)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(hào)控制、極低噪聲單光子探測(cè)器等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了光纖中1002公里點(diǎn)對(duì)點(diǎn)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。

遠(yuǎn)距離量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)原理圖。（中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)供圖）

量子密鑰分發(fā)基于量子力學(xué)基本原理，可以在用戶間進(jìn)行安全的密鑰分發(fā)，結(jié)合“一次一密”的加密方式，進(jìn)而可實(shí)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(cè)器噪聲等因素的限制。雙場(chǎng)量子密鑰分發(fā)協(xié)議利用單光子干涉的特性，可以有效提升量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)工作距離。

據(jù)了解，在這項(xiàng)工作中，研究團(tuán)隊(duì)采用了王向斌等人提出的“發(fā)送—不發(fā)送”雙場(chǎng)量子密鑰分發(fā)協(xié)議，與長飛光纖光纜股份有限公司合作，采用了基于“純二氧化硅纖芯”技術(shù)的超低損光纖。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(cè)器，研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)展了時(shí)分復(fù)用的雙波長相位估計(jì)方案。

該工作實(shí)現(xiàn)了最遠(yuǎn)達(dá)1002公里的雙場(chǎng)量子密鑰分發(fā)，獲得0.0034比特每秒成碼率。對(duì)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)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(cè)量器件無關(guān)”量子密鑰分發(fā)提高了6個(gè)數(shù)量級(jí)。

研究人員介紹，該工作不僅驗(yàn)證了極遠(yuǎn)距離下雙場(chǎng)量子密鑰分發(fā)方案的可行性，也驗(yàn)證了在城際光纖距離下，采用該協(xié)議可以實(shí)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。

近日，相關(guān)研究成果發(fā)表于國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《物理評(píng)論快報(bào)》。

（記者陳諾、戴威）
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