3日(ri)，記者(zhe)從濟南量(liang)子(zi)技(ji)術研究院獲悉，繼首次實(shi)驗驗證了遠距離(li)(li)雙(shuang)(shuang)場量(liang)子(zi)密鑰分發(fa)可(ke)行性，在(zai)300公里(li)(li)真(zhen)實(shi)環境(jing)的光(guang)纖中實(shi)現了雙(shuang)(shuang)場量(liang)子(zi)密鑰分發(fa)實(shi)驗后，濟南量(liang)子(zi)技(ji)術研究院王向斌教授(shou)、劉洋研究員與中國科(ke)學(xue)技(ji)術大學(xue)潘建偉院士團(tuan)隊再次合作(zuo)，實(shi)現了509公里(li)(li)真(zhen)實(shi)環境(jing)光(guang)纖的雙(shuang)(shuang)場量(liang)子(zi)密鑰分發(fa)（TF-QKD）。相關成(cheng)(cheng)果已于近日(ri)在(zai)線發(fa)表在(zai)國際期刊(kan)《物理評論(lun)快報(bao)》上(shang)，王向斌教授(shou)和張強教授(shou)為論(lun)文共同通訊作(zuo)者(zhe)。該(gai)成(cheng)(cheng)果成(cheng)(cheng)功(gong)創(chuang)造了量(liang)子(zi)密鑰分發(fa)最遠傳輸距離(li)(li)新的世(shi)界(jie)紀錄。
在量子(zi)密鑰(yao)分發（QKD）的長(chang)距離實(shi)際應用(yong)中，信(xin)道(dao)(dao)損耗(hao)是最嚴重的限(xian)(xian)制因素(su)。TF-QKD利用(yong)單(dan)光子(zi)干涉作為有效(xiao)探(tan)測(ce)事件，使安全成(cheng)碼率(lv)隨信(xin)道(dao)(dao)衰減的平方根(gen)線性下(xia)(xia)降，甚至可以在無中繼(ji)的情(qing)形下(xia)(xia)輕松(song)突(tu)破QKD成(cheng)碼率(lv)線性界限(xian)(xian)。然而，TF-QKD的實(shi)施條件相(xiang)(xiang)(xiang)當(dang)苛(ke)刻，要求兩個遠程獨立(li)激光器的單(dan)光子(zi)級(ji)干涉，同時需要通過單(dan)光子(zi)探(tan)測(ce)結果(guo)實(shi)現長(chang)距離光纖鏈路相(xiang)(xiang)(xiang)對相(xiang)(xiang)(xiang)位快速漂移的精準估計。
該(gai)成(cheng)(cheng)果理(li)論方(fang)(fang)面基于王向斌提(ti)出的“發(fa)送—不(bu)發(fa)送”雙場量(liang)(liang)子密鑰分(fen)發(fa)協議，大(da)幅提(ti)高(gao)了(le)(le)系統對(dui)相位噪聲的容(rong)忍(ren)能力；實(shi)驗方(fang)(fang)面張強團隊采用(yong)(yong)了(le)(le)時頻傳(chuan)輸技術，將(jiang)兩個獨立遠程激光器的波長(chang)鎖定(ding)為相同，并利用(yong)(yong)附加相位參考光來估計光纖的相對(dui)相位快速漂移，確保了(le)(le)測(ce)量(liang)(liang)器件(jian)無關的安全(quan)屬性。最終在實(shi)驗室內將(jiang)QKD安全(quan)成(cheng)(cheng)碼距離成(cheng)(cheng)功拓(tuo)展至509公(gong)里(li)，打(da)破(po)了(le)(le)傳(chuan)統無中(zhong)(zhong)繼QKD所限(xian)(xian)定(ding)的絕對(dui)理(li)論成(cheng)(cheng)碼率(lv)極限(xian)(xian)。同時，與其(qi)他(ta)雙場QKD實(shi)驗相比，該(gai)研究在安全(quan)性上(shang)擁有獨特優勢：既是(shi)測(ce)量(liang)(liang)設備無關的，又充(chong)分(fen)考慮了(le)(le)有限(xian)(xian)碼長(chang)下(xia)的安全(quan)性。如果將(jiang)系統重復(fu)頻率(lv)升級(ji)至京滬干線等遠距離量(liang)(liang)子通(tong)信(xin)(xin)網(wang)絡中(zhong)(zhong)采用(yong)(yong)的1GHz，在300公(gong)里(li)處(chu)，成(cheng)(cheng)碼率(lv)可達5kbps，這(zhe)將(jiang)大(da)量(liang)(liang)減(jian)少(shao)骨干光纖量(liang)(liang)子通(tong)信(xin)(xin)網(wang)絡中(zhong)(zhong)的可信(xin)(xin)中(zhong)(zhong)繼數(shu)量(liang)(liang)，大(da)幅提(ti)升光纖量(liang)(liang)子保密通(tong)信(xin)(xin)網(wang)絡的安全(quan)性。（記(ji)者王延斌 通(tong)訊(xun)員禚昌巖 田珊(shan)）