我國科學家創造現場光纖量子保密通信新紀錄

中國科學技術大學潘建偉院士團隊與合作者利用中科院上海微系統所尤立星小組研製的超導探測器，基於“濟青幹線”現場光纜，突破現場遠距離高性能單光子干涉技術，採用兩種技術方案分別實現428公里和511公里的雙場量子密鑰分發，創造世界現場光纖量子保密通信新紀錄。相關研究成果日前分別發表於《物理評論快報》和《自然・光子學》。

量子不可克隆原理保證了量子密鑰分發的無條件安全性，但量子密鑰分發不能像經典光通信那樣通過光放大對傳輸進行中繼，因此分發距離受到光纖損耗的限制。

相比傳統協議，雙場量子密鑰分發協議特別適合遠距離量子密鑰分發。此前，潘建偉團隊已經在實驗室內實現超過500公里雙場量子密鑰分發的驗證。然而，在實際場景的苛刻環境下實現雙場量子密鑰分發極其困難。實驗室內，溫度、振動以及人活動引起的聲音等噪聲都可以被有效隔離，但這些在現場環境中不可避免。

基於“發送-不發送”雙場量子密鑰分發協議，潘建偉團隊發展了時頻傳輸技術和激光注入鎖定技術，將現場相隔幾百公里的兩個獨立激光器的波長鎖定爲相同。再針對現場複雜的鏈路環境，開發了光纖長度及偏振變化實時補償系統。對於現場光纜中其他業務的串擾，精心設計了量子密鑰分發光源的波長，並通過窄帶濾波將串擾噪聲濾除。最後結合高計數率低噪聲單光子探測器，在現場將無中繼光纖量子密鑰分發的安全成碼距離推至500公里以上。

這項研究成果成功創造了現場光纖無中繼量子密鑰分發最遠距離新的世界紀錄，在超過500公里的光纖成碼率打破了傳統無中繼量子密鑰分發所限定的成碼率極限，在實際環境中證明了雙場量子密鑰分發的可行性，併爲實現長距離光纖量子網絡鋪平了道路。（常河 桂運安）