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      我國創(chuàng)造現(xiàn)場光纖量子保密通信新紀錄

      2021-03-10 18:45:47
      河南科技 2021年19期
      關(guān)鍵詞:潘建偉單光子遠距離

      2021年6月25日,中國科學技術(shù)大學潘建偉院士團隊與合作者利用中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所尤立星小組研制的超導探測器,基于“濟青干線”現(xiàn)場光纜,突破現(xiàn)場遠距離高性能單光子干涉技術(shù),采用兩種技術(shù)方案分別實現(xiàn)428 km和511 km的雙場量子密鑰分發(fā),創(chuàng)造世界現(xiàn)場光纖量子保密通信新紀錄。相關(guān)研究成果日前分別發(fā)表于《物理評論快報》和《自然·光子學》。

      量子不可克隆原理保證了量子密鑰分發(fā)的無條件安全性,但量子密鑰分發(fā)不能像經(jīng)典光通信那樣通過光放大對傳輸進行中繼,因此分發(fā)距離受到光纖損耗的限制。

      相比傳統(tǒng)協(xié)議,雙場量子密鑰分發(fā)協(xié)議特別適合遠距離量子密鑰分發(fā)。此前,潘建偉團隊已經(jīng)在實驗室內(nèi)實現(xiàn)超過500 km雙場量子密鑰分發(fā)的驗證。然而,在實際場景的苛刻環(huán)境下實現(xiàn)雙場量子密鑰分發(fā)極其困難。實驗室內(nèi),溫度、振動以及人活動引起的聲音等噪聲都可以被有效隔離,但這些在現(xiàn)場環(huán)境中不可避免。

      基于“發(fā)送-不發(fā)送”雙場量子密鑰分發(fā)協(xié)議,潘建偉團隊發(fā)展了時頻傳輸技術(shù)和激光注入鎖定技術(shù),將現(xiàn)場相隔幾百千米的兩個獨立激光器的波長鎖定為相同,再針對現(xiàn)場復雜的鏈路環(huán)境,開發(fā)了光纖長度及偏振變化實時補償系統(tǒng)。對于現(xiàn)場光纜中其他業(yè)務的串擾,精心設計了量子密鑰分發(fā)光源的波長,并通過窄帶濾波將串擾噪聲濾除。最后結(jié)合高計數(shù)率低噪聲單光子探測器,在現(xiàn)場將無中繼光纖量子密鑰分發(fā)的安全成碼距離推至500 km以上。

      這項研究成果成功創(chuàng)造了現(xiàn)場光纖無中繼量子密鑰分發(fā)最遠距離新的世界紀錄,在超過500 km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,在實際環(huán)境中證明了雙場量子密鑰分發(fā)的可行性,并為實現(xiàn)長距離光纖量子網(wǎng)絡鋪平了道路。

      (來源:光明日報)

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