◎ 科技日報記者 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)隊利用光頻梳技術(shù)首次實(shí)現(xiàn)開放式架構(gòu)雙場量子密鑰分發(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年英國東芝歐洲研究所提出新型雙場協(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。

雙場協(xié)議的實(shí)現(xiàn)需要兩個異地獨(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距離光纖造成的快速相位漂移都對干涉有重要影響。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)，研制出首個開放式架構(gòu)、無須服務(wù)光纖的新型雙場量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)低損耗光纖四百公里級、五百公里級、六百公里級的安全成碼，并打破無中繼量子密鑰分發(fā)的碼率界限，還成功演示臂長差為百公里的量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)（目前最長臂長差記錄）。

此次我國科學(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)隊成員周來打了一個比方：“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。

“作為世界上首個開放式架構(gòu)的雙場量子密鑰分發(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)距離向千公里級別突破，為未來我國建設(shè)多節(jié)點(diǎn)廣域量子網(wǎng)絡(luò)奠定基礎(chǔ)。

轉(zhuǎn)載自：科技日報