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中科大光纤量子保密通信创世界最远纪录

发布日期 2020-04-27

      从中国科学技术大学获悉,该校潘建伟等科研人员与合作者成功实现500公里地基量子密钥分发和相位匹配量子密钥分发,创下光纤量子保密通信最远距离新世界纪录。相关研究成果分别于近期发表在国际权威学术期刊《物理评论快报》和《自然·光子学》上。

  中科大潘建伟、张强、陈腾云等与清华大学王向斌、马雄峰合作,突破远距离独立激光相位干涉技术,近日分别实现了500公里量级真实环境光纤的双场量子密钥分发(TF-QKD)和相位匹配量子密钥分发(PM-QKD)。

  在量子密钥分发的长距离实际应用中,信道损耗是最严重的限制因素。现有的测量设备无关量子密钥分发,在无量子中继的情形下,安全成码率受线性界限的约束,而TF-QKD利用单光子干涉作为有效探测事件,使安全成码率随信道衰减的平方根线性下降。

  然而,TF-QKD实施的技术要求相当苛刻,而且需要同时满足高计数率、高效率及超低暗计数的单光子探测器。在相关的这两项研究中,潘建伟实验小组分别基于王向斌提出的“发送-不发送”的TF-QKD协议和马雄峰提出的PM-QKD协议,发展时频传输技术和激光注入锁定技术,将两个独立的远程激光器的波长锁定为相同,并利用附加相位参考光来估计光纤的相对相位快速漂移。结合中科院上海微系统所研制的高计数率低噪声单光子探测器,最终在实验室内将QKD的安全成码距离推至500公里以上。

  上述研究成果成功创造了地基量子密钥分发最远距离新的世界纪录,在超过500公里的光纤成码率打破了传统无中继QKD所限定的成码率极限。

  据介绍,如果将系统重复频率升级至“京沪干线”等远距离量子通信网络中采用的1GHz,在300公里处,成码率可达5kbps,这将大量减少骨干光纤量子通信网络中的可信中继数量,大幅提升光纤量子保密通信网络的安全性。

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