里程碑！我國(guó)首次驗(yàn)證遠(yuǎn)距離雙場(chǎng)量子密鑰分發(fā)可行性

記者從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校潘建偉及其同事張強(qiáng)、劉洋與國(guó)內(nèi)合作者攜手，在300公里真實(shí)環(huán)境的光纖中完成了雙場(chǎng)量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)。相關(guān)研究成果近日在線發(fā)表在國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《物理評(píng)論快報(bào)》上。

限于通信光纖的損耗和探測(cè)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(cè)量設(shè)備無(wú)關(guān)量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)，最遠(yuǎn)成碼距離是潘建偉團(tuán)隊(duì)于2016年實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)的404公里。最近，英國(guó)東芝公司的科學(xué)家提出了一種新型的量子密鑰分發(fā)方案——雙場(chǎng)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(guān)系從一般量子密鑰分發(fā)的線性關(guān)系提升至平方根的水平，因此可以獲得遠(yuǎn)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(yuǎn)高于一般量子密鑰分發(fā)方案的成碼率，為遠(yuǎn)距離、高性能量子密鑰分發(fā)提供了新的方向。

然而，實(shí)現(xiàn)雙場(chǎng)量子密鑰分發(fā)方案的實(shí)驗(yàn)條件極其苛刻?？蒲腥藛T提出了基于“發(fā)送—不發(fā)送”的雙場(chǎng)量子密鑰分發(fā)方案，大大提高了對(duì)相位噪聲的容忍能力并嚴(yán)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(shù)、高性能調(diào)制與鏈路相位估計(jì)方案，在現(xiàn)實(shí)環(huán)境下相位劇烈變化的300公里光纖信道上，實(shí)現(xiàn)了雙場(chǎng)量子密鑰分發(fā)。在考慮統(tǒng)計(jì)漲落及有限長(zhǎng)度分析等重要理論要求后，在300公里處，密鑰生成率達(dá)到2016年實(shí)驗(yàn)的50倍，并打破了一般無(wú)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(zhǎng)效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。

這項(xiàng)成果不僅完整實(shí)現(xiàn)了300公里的雙場(chǎng)量子密鑰分發(fā)，該方案也驗(yàn)證了700公里以上光纖遠(yuǎn)距離量子密鑰分發(fā)的可行性，有望成為新一代遠(yuǎn)距離城際量子密鑰分發(fā)的基礎(chǔ)。審稿人評(píng)論其為“實(shí)用雙場(chǎng)量子密鑰分發(fā)的重要里程碑”。(記者吳長(zhǎng)鋒)

關(guān)鍵詞： 量子密鑰分發(fā)