首次實(shí)現(xiàn)！北京量子院袁之良團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)量子密鑰分發(fā)新架構(gòu)
近日，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2023年2月18日發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《自然-通訊》（Nature Communications）上。
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)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，這種閉合光纖架構(gòu)（見圖a）非常不利于多節(jié)點(diǎn)的廣域量子保密網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。
▲a：傳統(tǒng)閉合光纖架構(gòu)；b：北京量子院研發(fā)的開放式架構(gòu)
袁之良團(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)，研制出首個開放式架構(gòu)、無需服務(wù)光纖的新型雙場量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)（見圖b），實(shí)現(xiàn)了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，并且打破無中繼量子密鑰分發(fā)的碼率界限，還成功演示了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）。
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)距離向千公里級別突破?；诠忸l梳的開放式架構(gòu)有利于未來構(gòu)建多用戶多節(jié)點(diǎn)的城際量子保密網(wǎng)絡(luò)，并對基于單光子干涉的分布式量子網(wǎng)絡(luò)具有重要意義。
該項(xiàng)工作得到了國家自然科學(xué)基金的支持。
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