北京科研團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)615公里光纖量子通信

【資料圖】

北京量子信息科學(xué)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(kāi)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)。這一成果有助于光纖量子密鑰分發(fā)距離向千公里級(jí)別突破，也有利于未來(lái)構(gòu)建多用戶多節(jié)點(diǎn)的城際量子保密網(wǎng)絡(luò)。相關(guān)研究成果近日發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《自然-通訊》上。

所謂量子通信，是利用量子疊加態(tài)和糾纏效應(yīng)進(jìn)行信息傳遞的新型通信方式，其最突出特點(diǎn)是能夠提供無(wú)法被竊聽(tīng)和計(jì)算破解的絕對(duì)安全性保證。量子通信主要分為量子隱形傳態(tài)和量子密鑰分發(fā)兩種。其中量子隱形傳態(tài)中的關(guān)鍵技術(shù)目前仍有待突破，處于理論研究和實(shí)驗(yàn)探索階段。而量子密鑰分發(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(wú)條件安全通信，是量子保密通信成為未來(lái)保障網(wǎng)絡(luò)信息安全的一種非常有潛力的技術(shù)手段，是當(dāng)今量子通信領(lǐng)域理論和應(yīng)用研究的熱點(diǎn)。

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(wú)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。目前國(guó)內(nèi)外多個(gè)科研團(tuán)隊(duì)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了500公里以上的量子密鑰分發(fā)，但如此長(zhǎng)距離傳輸容易出現(xiàn)誤差，因此需要在兩地再連通一條服務(wù)光纖，以保證兩處激光源同頻，這便形成了閉環(huán)結(jié)構(gòu)。

雙場(chǎng)協(xié)議的實(shí)現(xiàn)需要兩個(gè)異地的獨(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)的方案是在遙遠(yuǎn)兩地間架設(shè)服務(wù)光纖作為傳輸媒介，然后通過(guò)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，這種閉合光纖架構(gòu)非常不利于多節(jié)點(diǎn)的廣域量子保密網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。

袁之良團(tuán)隊(duì)基于自主開(kāi)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(kāi)放式架構(gòu)、無(wú)需服務(wù)光纖的新型雙場(chǎng)量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了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，并且打破無(wú)中繼量子密鑰分發(fā)的碼率界限，還成功演示了臂長(zhǎng)差為百公里的量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)，是目前最長(zhǎng)臂長(zhǎng)差記錄。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1000多倍，大大降低相位參考光的噪聲影響，有助于光纖量子密鑰分發(fā)距離向千公里級(jí)別突破?；诠忸l梳的開(kāi)放式架構(gòu)有利于未來(lái)構(gòu)建多用戶多節(jié)點(diǎn)的城際量子保密網(wǎng)絡(luò)，并對(duì)基于單光子干涉的分布式量子網(wǎng)絡(luò)具有重要意義。

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