突破500公里现场光纤量子通信世界新纪录诞生

记者6月24日从中国科学技术大学获悉，该校教授潘建伟及其同事张强、陈腾云与济南量子技术研究院王向斌、刘洋等合作，突破现场远距离高性能单光子干涉技术，利用两种不同技术分别实现了428公里和511公里的双场量子密钥分发，创下了世界现场无中继光纤量子密钥分发最远传输距离。相关研究成果分别发表于国际著名学术期刊《物理评论快报》和《自然·光子学》上。

量子不可克隆原理保证了量子密钥分发的无条件安全性，而未知量子态的不可克隆性，也使得量子密钥分发不能像经典光通信那样，通过光放大对传输进行中继，因此实际应用中量子密钥分发的传输距离受到光纤损耗的限制。

相比传统，双场量子密钥分发具有密钥率随信道透过率的平方根尺度下降的优势，所以特别适合远距离量子通信。此前，潘建伟团队已经在实验室内实现超过500公里双场量子密钥分发验证。然而，转化至实际应用场景实现则困难得多。温度、振动、噪声等都会影响信号传输。

潘建伟团队基于王向斌提出的“发送-不发送”双场量子密钥分发协议，发展了时频传输技术和激光注入锁定技术，将现场相隔几百公里的两个独立激光器的波长锁定为相同，再针对现场复杂环境，开发了光纤长度及偏振变化实时补偿系统。还精心设计了量子密钥分发光源的波长，通过窄带滤波将串扰噪声滤除。最后结合中科院上海微系统所研制的高计数率低噪声单光子探测器，在现场将无中继光纤量子通信的安全成码距离推至500公里以上。

这项研究成果成功创造了现场光纤无中继量子密钥分发最远距离新的世界纪录，在超过500公里的光纤成码率打破了传统无中继量子密钥分发所限定的成码率极限，在实际环境中证明了双场量子密钥分发的可行性，并为实现长距离光纤量子网络铺平了道路。