蘭州量子技術(shù)研究院張強(qiáng)、王向斌、劉洋與中國(guó)科學(xué)技術(shù)學(xué)院潘建偉，中國(guó)科大學(xué)北京微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所尤立星、張偉君等合作，通過(guò)發(fā)展低雜訊相位參考訊號(hào)控制、極低噪音單光子偵測(cè)器等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了光纖中1002公里點(diǎn)對(duì)點(diǎn)遠(yuǎn)距離量子秘鑰分發(fā)，除了創(chuàng)下了光纖無(wú)中繼量子秘鑰分發(fā)距離的世界紀(jì)錄，也提供了城際量子通訊高速率主干鏈路的方案。5月25日，相關(guān)研究成果發(fā)表于《物理評(píng)論快報(bào)》。
量子秘鑰分發(fā)（QKD）基于量子熱學(xué)基本原理，可以在用戶間進(jìn)行安全的秘鑰分發(fā)，結(jié)合“一次一密”的加密方法，從而可實(shí)現(xiàn)最高安全性的保密通訊。但是，量子秘鑰分發(fā)的距離仍然遭到通訊光纖的固有耗損和偵測(cè)器噪音等誘因的限制。雙場(chǎng)量子秘鑰分發(fā)（TF-QKD）合同借助單光子干涉的特點(diǎn)，將成分辨率與距離的關(guān)系從通常量子秘鑰分發(fā)的線性關(guān)系提高至平方根的水平量子通訊協(xié)議，因而可以獲得遠(yuǎn)超過(guò)通常量子秘鑰分發(fā)方案的成碼距離。
在這項(xiàng)工作中，研究團(tuán)隊(duì)采用了王向斌等提出的“發(fā)送-不發(fā)送”雙場(chǎng)量子秘鑰分發(fā)合同，該合同在現(xiàn)實(shí)條件下有效地提高量子秘鑰分發(fā)系統(tǒng)工作距離。為了進(jìn)行極遠(yuǎn)距離的量子秘鑰分發(fā)，研究團(tuán)隊(duì)與長(zhǎng)飛光纖光纜股份有限公司合作，采用基于“純氫氧化鋁纖芯”技術(shù)的超低損光纖，實(shí)現(xiàn)高于0.16分貝每公里的量子信道光纖鏈路。中國(guó)科大學(xué)北京微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所發(fā)展了極低噪音超導(dǎo)單光子偵測(cè)器，通過(guò)在40開(kāi)爾文和2.2開(kāi)爾文溫區(qū)進(jìn)行多級(jí)檢波抑制熱幅射造成的暗計(jì)數(shù)，將單光子偵測(cè)器的噪音減少至0.02個(gè)每秒。
研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)展了時(shí)分復(fù)用的雙波長(zhǎng)相位恐怕方案，杜絕了同波長(zhǎng)參考光二次瑞利散射、不同波長(zhǎng)參考光自發(fā)拉曼散射等噪音影響，將鏈路噪音減少至0.01赫茲以下。
在上述技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上，該工作實(shí)現(xiàn)了最遠(yuǎn)達(dá)1002公里的雙場(chǎng)量子秘鑰分發(fā)，獲得0.0034比特每秒成幀率。對(duì)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化后，在202公里光纖距離下獲得47.06千比特每秒成分辨率，但是在300公里和400公里光纖距離下，獲得的成分辨率相較原始“測(cè)量元件無(wú)關(guān)”量子秘鑰分發(fā)提升了6個(gè)數(shù)目級(jí)。
研究人員介紹，該工作除了驗(yàn)證了極遠(yuǎn)距離下雙場(chǎng)量子秘鑰分發(fā)方案的可行性，也驗(yàn)證了在城際光纖距離下量子通訊協(xié)議，采用該合同可以實(shí)現(xiàn)高成分辨率的量子秘鑰分發(fā)，適宜城際量子通訊主干鏈路使用。
（顧客端記者王健報(bào)導(dǎo)）