里程碑！我國首次驗證遠距離雙場量子密鑰分發(fā)可行性

記者從中國科學技術大學獲悉，該校潘建偉及其同事張強、劉洋與國內(nèi)合作者攜手，在300公里真實環(huán)境的光纖中完成了雙場量子密鑰分發(fā)實驗。相關研究成果近日在線發(fā)表在國際權威學術期刊《物理評論快報》上。

限于通信光纖的損耗和探測器的噪聲等原因，量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)通常只能在100公里內(nèi)獲得較高成碼率。目前安全性最高的測量設備無關量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)，最遠成碼距離是潘建偉團隊于2016年實驗實現(xiàn)的404公里。最近，英國東芝公司的科學家提出了一種新型的量子密鑰分發(fā)方案——雙場量子密鑰分發(fā)方案，巧妙地利用單光子干涉的特性，將成碼率與距離的關系從一般量子密鑰分發(fā)的線性關系提升至平方根的水平，因此可以獲得遠超一般量子密鑰分發(fā)方案的成碼距離，并且理論上可以獲得遠高于一般量子密鑰分發(fā)方案的成碼率，為遠距離、高性能量子密鑰分發(fā)提供了新的方向。

然而，實現(xiàn)雙場量子密鑰分發(fā)方案的實驗條件極其苛刻。科研人員提出了基于“發(fā)送—不發(fā)送”的雙場量子密鑰分發(fā)方案，大大提高了對相位噪聲的容忍能力并嚴格證明了安全性。他們發(fā)展了高速高穩(wěn)定性相位鎖定技術、高性能調(diào)制與鏈路相位估計方案，在現(xiàn)實環(huán)境下相位劇烈變化的300公里光纖信道上，實現(xiàn)了雙場量子密鑰分發(fā)。在考慮統(tǒng)計漲落及有限長度分析等重要理論要求后，在300公里處，密鑰生成率達到2016年實驗的50倍，并打破了一般無中繼量子密鑰分發(fā)方案的最高成碼率理論極限，而且是唯一考慮了有限碼長效應的實驗。

這項成果不僅完整實現(xiàn)了300公里的雙場量子密鑰分發(fā)，該方案也驗證了700公里以上光纖遠距離量子密鑰分發(fā)的可行性，有望成為新一代遠距離城際量子密鑰分發(fā)的基礎。審稿人評論其為“實用雙場量子密鑰分發(fā)的重要里程碑”。(記者吳長鋒)

關鍵詞： 量子密鑰分發(fā)