記者從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，中科院院士、該校教授潘建偉及同事張強(qiáng)、陳騰云與濟(jì)南量子技術(shù)研究院王向斌、劉洋等合作，近期突破現(xiàn)場(chǎng)遠(yuǎn)距離高性能單光子干涉技術(shù)，采用兩種技術(shù)方案分別實(shí)現(xiàn)428公里和511公里的雙場(chǎng)量子密鑰分發(fā)，創(chuàng)造了現(xiàn)場(chǎng)無(wú)中繼光纖量子密鑰分發(fā)傳輸距離的新世界紀(jì)錄。

量子的“不可克隆”原理，理論上保證了量子通信的安全性，但量子特性也使得量子通信不能像傳統(tǒng)光通信那樣，通過中繼放大信號(hào)，因此量子通信的光纖傳輸距離受到信號(hào)損耗的限制。

雙場(chǎng)量子密鑰分發(fā)是一種新技術(shù)，適合于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離量子通信。但量子信號(hào)特別脆弱，實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中的聲音、震動(dòng)、溫度變化等都會(huì)產(chǎn)生干擾，同時(shí)光纜的熱脹冷縮效應(yīng)，以及同一光纜中不同光纖間的信號(hào)串?dāng)_等，都使得現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)非常困難。

近期，潘建偉團(tuán)隊(duì)在連接山東濟(jì)南與青島的“濟(jì)青干線”現(xiàn)場(chǎng)光纜上，基于王向斌提出的“發(fā)送—不發(fā)送”雙場(chǎng)量子密鑰分發(fā)協(xié)議，研發(fā)出時(shí)頻傳輸技術(shù)和激光注入鎖定技術(shù)，將現(xiàn)場(chǎng)相隔幾百公里的兩個(gè)獨(dú)立激光器的波長(zhǎng)鎖定為相同。再針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜的鏈路環(huán)境，開發(fā)了光纖長(zhǎng)度及偏振變化實(shí)時(shí)補(bǔ)償系統(tǒng)，并精心設(shè)計(jì)了量子密鑰分發(fā)光源的波長(zhǎng)，通過窄帶濾波將串?dāng)_噪聲濾除。

結(jié)合中科院上海微系統(tǒng)所尤立星小組研制的高計(jì)數(shù)率低噪聲單光子探測(cè)器，他們將現(xiàn)場(chǎng)無(wú)中繼光纖量子密鑰分發(fā)的安全成碼距離擴(kuò)展至500公里以上。

“濟(jì)青干線”量子通信實(shí)驗(yàn)示意圖。（中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)供圖）

據(jù)介紹，上述研究成果成功創(chuàng)造了現(xiàn)場(chǎng)光纖無(wú)中繼量子密鑰分發(fā)距離的新世界紀(jì)錄，超過500公里的光纖成碼率打破了傳統(tǒng)無(wú)中繼量子密鑰分發(fā)所限定的成碼率極限。在實(shí)際環(huán)境中證明了雙場(chǎng)量子密鑰分發(fā)的可行性，為實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離光纖量子網(wǎng)鋪平了道路。

日前，國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊《物理評(píng)論快報(bào)》和《自然·光子學(xué)》分別發(fā)表了他們的研究成果。

文字記者：徐海濤

責(zé)任編輯：程雪涵