◎ 科技日?qǐng)?bào)記者 華凌

記者3月8日從北京量子信息科學(xué)研究院獲悉，該研究院袁之良團(tuán)隊(duì)利用光頻梳技術(shù)首次實(shí)現(xiàn)開放式架構(gòu)雙場(chǎng)量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)，完成615公里光纖量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)。相關(guān)研究成果發(fā)表在最新一期的《自然·通訊》上。

據(jù)了解，量子密鑰分發(fā)基于量子物理的基本原理和一次一密的加密方式，可實(shí)現(xiàn)無條件安全通信。2018年英國(guó)東芝歐洲研究所提出新型雙場(chǎng)協(xié)議，使得安全成碼率以信道衰減的平方根線性下降，在無中繼的情況下可突破碼率界限，是實(shí)現(xiàn)500公里以上光纖量子通信的可行方案。

雙場(chǎng)協(xié)議的實(shí)現(xiàn)需要兩個(gè)異地獨(dú)立激光源在第三方遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)處實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的單光子干涉，但通信雙方激光源的微小頻差與長(zhǎng)距離光纖造成的快速相位漂移都對(duì)干涉有重要影響。目前，傳統(tǒng)方案是在遙遠(yuǎn)兩地間架設(shè)服務(wù)光纖作為傳輸媒介，然后通過時(shí)頻傳輸或者光學(xué)鎖相環(huán)等技術(shù)，完成兩地激光源的頻率鎖定。

“傳統(tǒng)架構(gòu)，意味著搭建雙倍長(zhǎng)度的光纖，成本高且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)起來貴且困難，不利于未來多節(jié)點(diǎn)廣域量子保密網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)。”袁之良說。

據(jù)介紹，研究團(tuán)隊(duì)基于自主開發(fā)的相干邊帶穩(wěn)相與異地激光源頻率校準(zhǔn)技術(shù)，研制出首個(gè)開放式架構(gòu)、無須服務(wù)光纖的新型雙場(chǎng)量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)低損耗光纖四百公里級(jí)、五百公里級(jí)、六百公里級(jí)的安全成碼，并打破無中繼量子密鑰分發(fā)的碼率界限，還成功演示臂長(zhǎng)差為百公里的量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)（目前最長(zhǎng)臂長(zhǎng)差記錄）。

此次我國(guó)科學(xué)家首創(chuàng)的新架構(gòu)新在何處？北京量子信息科學(xué)研究院光量子通信與器件團(tuán)隊(duì)成員周來打了一個(gè)比方：“如果想要在北京、青島兩地之間進(jìn)行‘量子通話’，過去需在遙遠(yuǎn)的通信兩端之間連通‘兩條路’。新架構(gòu)出現(xiàn)后‘一條路’就已足夠。”

相較之前的實(shí)驗(yàn)成果，量子信號(hào)光的相位漂移速率降低千余倍，大大降低相位參考光的噪聲影響。

“作為世界上首個(gè)開放式架構(gòu)的雙場(chǎng)量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)，成功實(shí)現(xiàn)615公里的光纖量子通信，在量子通信的實(shí)現(xiàn)方案方面有了創(chuàng)新突破。”《自然·通訊》審稿人之一、量子通信科學(xué)家王雙8日接受媒體采訪時(shí)表示，這一新架構(gòu)有助于光纖量子密鑰分發(fā)距離向千公里級(jí)別突破，為未來我國(guó)建設(shè)多節(jié)點(diǎn)廣域量子網(wǎng)絡(luò)奠定基礎(chǔ)。

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