中國科學技術學院郭光燦教授團隊實現(xiàn)833.8公里的光纖量子秘鑰分發(fā)，創(chuàng)下世界紀錄！
日前，中國科學技術學院郭光燦教授團隊韓正甫院長及其合作者王雙、銀振強、何德勇、陳巍等，實現(xiàn)833.8公里光纖量子秘鑰分發(fā)，將安全傳輸距離世界紀錄提高了200余公里，向實現(xiàn)千公里陸基量子保密通訊邁出重要一步。該成果近日在線發(fā)表于《自然·光子學》()。
量子秘鑰分發(fā)(QKD)為基于數(shù)學合同、在遠程對象之間信息共享的安全秘鑰提供了一種有效解決方案。依照量子化學學定理，為保障量子通訊安全，攜帶訊號的光量子不能通過精典光學技術放大或傳遞。因而，信道的傳輸耗損限制了可傳輸?shù)木嚯x，這成為建立大規(guī)模量子保密通訊網(wǎng)路的重大障礙。
這次團隊研究出一種可容忍超過140dB（分貝）的信道耗損，并實現(xiàn)833.8公里安全傳授距離的QKD系統(tǒng)，創(chuàng)造了基于光纖的量子秘鑰分發(fā)新紀錄。據(jù)悉，經(jīng)過改進的四相位調制雙場合同量子傳輸距離，使安全分辨率比往年記錄高出兩個數(shù)目級，提高了50至1000倍。該研究成果在用于建設千公里規(guī)模的可靠、高效的地面量子保密通訊網(wǎng)路方面取得了突破。
怎么延長光量子秘鑰分發(fā)直接傳輸?shù)陌踩嚯x，仍然是世界當前極具挑戰(zhàn)的難點之一。
量子秘鑰分發(fā)(QKD)基于量子化學學的基本原理，在信息安全層面上提供了可感知監(jiān)聽的秘鑰分發(fā)手段。光量子是量子信息的天然載體，但線路中不可防止的耗損量子傳輸距離，限制了量子秘鑰分發(fā)的安全距離。這也是阻礙廣域量子保密通訊網(wǎng)路布署和應用的關鍵誘因之一。
2018年，西班牙科學家提出雙場量子秘鑰分發(fā)合同，突破了原有的理論極限，但其理論的建立和實驗技術的開拓仍極具挑戰(zhàn)性。
2019年，郭光燦、韓正甫研究組率先提出了免相位后選擇的雙場類合同，并首次在300公里的光纖信道中驗證了合同的可行性。
最終經(jīng)過2年多的探求，研究團隊提出改進的四相位調制雙場合同，并進一步提高了獨立光源的鎖相穩(wěn)頻技術、高帶寬信道相位補償技術、高幀率的單光子偵測訊號甄別技術等關鍵技術，將光纖雙場量子秘鑰分發(fā)的安全傳輸距離，延長至前所未有的833.8公里。這一重大研究成果，向實現(xiàn)千公里量級的陸基廣域量子保密通訊網(wǎng)路邁出關鍵一步。