现场光纤量子通信新纪录诞生

仙仙

中国科学技术大学潘建伟院士团队与合作者，利用中国科学院上海微系统与信息技术研究所尤立星小组研制的超导探测器，基于“济青干线”现场光缆，突破现场远距离高性能单光子干涉技术，采用两种技术方案分别实现428公里和511公里的双场量子密钥分发，创造世界现场光纤量子保密通信新纪录。相关研究成果日前分别发表于《物理评论快报》和《自然—光子学》。


量子不可克隆原理保证了量子密钥分发的无条件安全性，但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，因此分发距离受到光纤损耗的限制。相比传统协议，双场量子密钥分发协议特别适合远距离量子密钥分发。


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的验证。然而，在实际场景的苛刻环境下，实现双场量子密钥分发极其困难。实验室内，温度、振动以及人活动引起的声音等噪声都可以被有效隔离，但这些在现场环境中不可避免。


基于“发送—不发送”双场量子密钥分发协议，潘建伟团队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。然后，针对现场复杂的链路环境，研究人员开发了光纤长度及偏振变化实时补偿系统。对于现场光缆中其他业务的串扰，他们精心设计了量子密钥分发光源的波长，并通过窄带滤波将串扰噪声滤除。最后，结合高计数率低噪声单光子探测器，在现场将无中继光纤量子密钥分发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，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。（桂运安）