光纤量子密钥分发突破千公里距离

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记者5月26日从中国科学技术大学获悉，该校潘建伟、张强等与清华大学、济南量子技术研究院、中国科学院上海微系统与信息技术研究所等单位学者合作，实现了光纤中1002公里点对点远距离量子密钥分发，不仅创下了光纤无中继量子密钥分发距离的世界纪录，也提供了城际量子通信高速率主干链路的方案。5月25日，相关研究成果发表于《物理评论快报》。

量子密钥分发基于量子力学基本原理，可以在用户间进行安全的密钥分发，结合“一次一密”的加密方式，可实现最高安全性的保密通信。然而，量子密钥分发的距离一直受到通信光纤的固有损耗和探测器噪声等因素的限制。双场量子密钥分发协议利用单光子干涉的特性，将成码率与距离的关系从一般量子密钥分发的线性关系提升至平方根的水平，因此可以获得远超过一般量子密钥分发方案的成码距离。

该研究团队采用“发送-不发送”双场量子密钥分发协议，在现实条件下有效地提升量子密钥分发系统工作距离。为了进行极远距离的量子密钥分发，研究团队与长飞光纤光缆股份有限公司合作，实现了低于0.16分贝每公里的量子信道光纤链路。中科院上海微系统与信息技术研究所发展了极低噪声超导单光子探测器，将单光子探测器的噪声降低至0.02个每秒。

研究团队还发展了时分复用的双波长相位估计方案，将链路噪声降低至0.01赫兹以下。

在上述技术发展的基础上，该工作实现了最远达1002公里的双场量子密钥分发，获得0.0034比特每秒成码率。优化后，在202公里光纤距离下获得47.06千比特每秒成码率，并且在300公里和400公里光纤距离下，获得的成码率相较原始“测量器件无关”量子密钥分发提高了6个数量级。

该工作不仅验证了极远距离下双场量子密钥分发方案的可行性，也验证了在城际光纤距离下，采用该协议可以实现高成码率的量子密钥分发，适合城际量子通信主干链路使用。

《物理评论快报》审稿人评价这项工作是“该领域极其重要的进展，量子密钥分发技术新的里程碑”。（记者 陈婉婉）

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