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我國首次驗證遠距離雙場量子密鑰分發可行性

來源:科技日報 吳長鋒 訪問:422 時間:2019-09-28

  記者從中國科學技術大學獲悉,該校潘建偉及其同事張強、劉洋與國內合作者攜手,在300公裏真實環境的光纖中完成了雙場量子密鑰分發實驗。相關研究成果近日在線發表在國際權威學術期刊《物理評論快報》上。

  限於通信光纖的損耗和探測器的噪聲等原因,量子密鑰分發係統通常隻能在100公裏內獲得較高成碼率。目前安全性最高的測量設備無關量子密鑰分發係統,最遠成碼距離是潘建偉團隊於2016年實驗實現的404公裏。最近,英國東芝公司的科學家提出了一種新型的量子密鑰分發方案——雙場量子密鑰分發方案,巧妙地利用單光子幹涉的特性,將成碼率與距離的關係從一般量子密鑰分發的線性關係提升至平方根的水平,因此可以獲得遠超一般量子密鑰分發方案的成碼距離,並且理論上可以獲得遠高於一般量子密鑰分發方案的成碼率,為遠距離、高性能量子密鑰分發提供了新的方向。

  然而,實現雙場量子密鑰分發方案的實驗條件極其苛刻。科研人員提出了基於“發送—不發送”的雙場量子密鑰分發方案,大大提高了對相位噪聲的容忍能力並嚴格證明了安全性。他們發展了高速高穩定性相位鎖定技術、高性能調製與鏈路相位估計方案,在現實環境下相位劇烈變化的300公裏光纖信道上,實現了雙場量子密鑰分發。在考慮統計漲落及有限長度分析等重要理論要求後,在300公裏處,密鑰生成率達到2016年實驗的50倍,並打破了一般無中繼量子密鑰分發方案的最高成碼率理論極限,而且是唯一考慮了有限碼長效應的實驗。

  這項成果不僅完整實現了300公裏的雙場量子密鑰分發,該方案也驗證了700公裏以上光纖遠距離量子密鑰分發的可行性,有望成為新一代遠距離城際量子密鑰分發的基礎。審稿人評論其為“實用雙場量子密鑰分發的重要裏程碑”。

  (原載於《科技日報》 2019-09-28 01版)

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