◎ 科技日報記者 華凌

記者3月8日從北京量子信息科學研究院獲悉，該研究院袁之良團隊利用光頻梳技術首次(ci)實(shi)現開放式架構雙場量子(zi)密鑰分(fen)發(fa)系統(tong)，完成615公(gong)里光纖量子(zi)密鑰分(fen)發(fa)實(shi)驗。相(xiang)關研究成果(guo)發表在(zai)最新一期的《自然·通訊》上。

據了解，量(liang)(liang)子(zi)密(mi)鑰分(fen)發基于(yu)量(liang)(liang)子(zi)物理(li)的(de)基本原理(li)和一(yi)次一(yi)密(mi)的(de)加密(mi)方(fang)式，可實現無(wu)條件安全通信(xin)。2018年英(ying)國東芝歐洲研究所(suo)提(ti)出新型雙場(chang)協議，使得安全成(cheng)碼率以信(xin)道衰減的(de)平方(fang)根(gen)線性(xing)下(xia)降，在無(wu)中繼的(de)情況(kuang)下(xia)可突(tu)破碼率界(jie)限，是實現500公(gong)里以上光(guang)纖(xian)量(liang)(liang)子(zi)通信(xin)的(de)可行方(fang)案(an)。

雙(shuang)場協議的(de)實現(xian)需要兩(liang)個異(yi)地獨立激光(guang)源(yuan)在(zai)第三(san)方遠程節點處(chu)實現(xian)穩定(ding)的(de)單光(guang)子干(gan)涉(she)，但通信雙(shuang)方激光(guang)源(yuan)的(de)微小頻差與長(chang)距(ju)離光(guang)纖造成(cheng)的(de)快速相(xiang)位漂移都對干(gan)涉(she)有(you)重要影響。目(mu)前，傳(chuan)統方案是(shi)在(zai)遙遠兩(liang)地間架設服務光(guang)纖作為(wei)傳(chuan)輸(shu)媒介(jie)，然后通過時頻傳(chuan)輸(shu)或者(zhe)光(guang)學鎖相(xiang)環等技術，完成(cheng)兩(liang)地激光(guang)源(yuan)的(de)頻率(lv)鎖定(ding)。

“傳統(tong)架(jia)構(gou)，意味著搭(da)建雙倍長度的(de)光(guang)纖，成本(ben)高且(qie)結構(gou)復雜，系統(tong)運行維護起來貴且(qie)困難，不利于未來多節點(dian)廣域(yu)量子保密網(wang)絡(luo)的(de)建設。”袁之(zhi)良說。

據介紹，研(yan)究團隊基于自主(zhu)開(kai)發的(de)相干(gan)邊帶穩相與異(yi)地(di)激光(guang)源頻率(lv)校準技術，研(yan)制出首個開(kai)放式架構(gou)、無須服務光(guang)纖(xian)的(de)新型(xing)雙場量(liang)子密鑰(yao)分(fen)(fen)發系統，實現低(di)損耗光(guang)纖(xian)四百公里(li)級、五百公里(li)級、六(liu)百公里(li)級的(de)安(an)全成(cheng)碼，并打(da)破(po)無中繼量(liang)子密鑰(yao)分(fen)(fen)發的(de)碼率(lv)界限，還成(cheng)功演示(shi)臂長差為百公里(li)的(de)量(liang)子密鑰(yao)分(fen)(fen)發實驗（目前(qian)最長臂長差記錄(lu)）。

此次我國科學家首創的新架構新在何處？北京量子信息科學研究院光量子通信與器件團隊成員周來打了一個比方：“如果想要在(zai)北京、青島兩(liang)地之(zhi)間進行‘量子通(tong)話’，過去(qu)需(xu)在(zai)遙遠的通(tong)信兩(liang)端(duan)之(zhi)間連(lian)通(tong)‘兩(liang)條路(lu)’。新架構出現后‘一條路(lu)’就已足夠。”

相(xiang)較之前的實(shi)驗(yan)成果(guo)，量子(zi)信(xin)號光的相(xiang)位漂移(yi)速率降低千(qian)余倍，大大降低相(xiang)位參考光的噪(zao)聲影響。

“作為(wei)世(shi)界(jie)上(shang)首個開放式架(jia)構的雙(shuang)場量子(zi)(zi)密(mi)鑰分(fen)發系統，成功(gong)實現615公(gong)里的光(guang)纖量子(zi)(zi)通信，在量子(zi)(zi)通信的實現方案(an)方面(mian)有(you)了創(chuang)新突(tu)(tu)破。”《自然·通訊(xun)》審稿人(ren)之一、量子(zi)(zi)通信科學家(jia)王雙(shuang)8日接受媒體采訪(fang)時表(biao)示，這一新架(jia)構有(you)助于光(guang)纖量子(zi)(zi)密(mi)鑰分(fen)發距(ju)離向千(qian)公(gong)里級別突(tu)(tu)破，為(wei)未來我(wo)國建設多節點廣域(yu)量子(zi)(zi)網(wang)絡(luo)奠定(ding)基礎。

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