記者從中國科學(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公里的雙場量子密鑰分發(fā)，創(chuàng)造了現(xiàn)場無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，因此量子通信的光纖傳輸距離受到信號損耗的限制。

雙場量子密鑰分發(fā)是一種新技術(shù)，適合于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離量子通信。但量子信號特別脆弱，實(shí)際應(yīng)用場景中的聲音、震動、溫度變化等都會產(chǎn)生干擾，同時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串?dāng)_等，都使得現(xiàn)場實(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)場光纜上，基于王向斌提出的“發(fā)送—不發(fā)送”雙場量子密鑰分發(fā)協(xié)議，研發(fā)出時頻傳輸技術(shù)和激光注入鎖定技術(shù)，將現(xiàn)場相隔幾百公里的兩個獨(dú)立激光器的波長鎖定為相同。再針對現(xiàn)場復(fù)雜的鏈路環(huán)境，開發(fā)了光纖長度及偏振變化實(shí)時補(bǔ)償系統(tǒng)，并精心設(shè)計了量子密鑰分發(fā)光源的波長，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數(shù)率低噪聲單光子探測器，他們將現(xiàn)場無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)場光纖無中繼量子密鑰分發(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)境中證明了雙場量子密鑰分發(fā)的可行性，為實(shí)現(xiàn)長距離光纖量子網(wǎng)鋪平了道路。

日前，國際著名學(xué)術(shù)期刊《物理評論快報》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

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