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記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校潘建偉、張強等與清華大學(xué)王向斌、濟南量子技術(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。

遠距離量子密鑰分發(fā)實驗系統(tǒng)原理圖。（中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究團隊供圖）

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，可以有效提升量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)工作距離。

據(jù)了解，在這項工作中，研究團隊采用了王向斌等人提出的“發(fā)送—不發(fā)送”雙場量子密鑰分發(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)單光子探測器，研究團隊還發(fā)展了時分復(fù)用的雙波長相位估計方案。

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。

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