蘭州量子技術研究院張強、王向斌、劉洋與中國科學技術學院潘建偉，中國科大學北京微系統與信息技術研究所尤立星、張偉君等合作，通過發展低雜訊相位參考訊號控制、極低噪音單光子偵測器等技術，實現了光纖中1002公里點對點遠距離量子秘鑰分發，除了創下了光纖無中繼量子秘鑰分發距離的世界紀錄，也提供了城際量子通訊高速率主干鏈路的方案。5月25日，相關研究成果發表于《物理評論快報》。
量子秘鑰分發（QKD）基于量子熱學基本原理，可以在用戶間進行安全的秘鑰分發，結合“一次一密”的加密方法，從而可實現最高安全性的保密通訊。但是，量子秘鑰分發的距離仍然遭到通訊光纖的固有耗損和偵測器噪音等誘因的限制。雙場量子秘鑰分發（TF-QKD）合同借助單光子干涉的特點，將成分辨率與距離的關系從通常量子秘鑰分發的線性關系提高至平方根的水平量子通訊協議，因而可以獲得遠超過通常量子秘鑰分發方案的成碼距離。
在這項工作中，研究團隊采用了王向斌等提出的“發送-不發送”雙場量子秘鑰分發合同，該合同在現實條件下有效地提高量子秘鑰分發系統工作距離。為了進行極遠距離的量子秘鑰分發，研究團隊與長飛光纖光纜股份有限公司合作，采用基于“純氫氧化鋁纖芯”技術的超低損光纖，實現高于0.16分貝每公里的量子信道光纖鏈路。中國科大學北京微系統與信息技術研究所發展了極低噪音超導單光子偵測器，通過在40開爾文和2.2開爾文溫區進行多級檢波抑制熱幅射造成的暗計數，將單光子偵測器的噪音減少至0.02個每秒。
研究團隊還發展了時分復用的雙波長相位恐怕方案，杜絕了同波長參考光二次瑞利散射、不同波長參考光自發拉曼散射等噪音影響，將鏈路噪音減少至0.01赫茲以下。
在上述技術發展的基礎上，該工作實現了最遠達1002公里的雙場量子秘鑰分發，獲得0.0034比特每秒成幀率。對系統參數進行優化后，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“測量元件無關”量子秘鑰分發提升了6個數目級。
研究人員介紹，該工作除了驗證了極遠距離下雙場量子秘鑰分發方案的可行性，也驗證了在城際光纖距離下量子通訊協議，采用該合同可以實現高成分辨率的量子秘鑰分發，適宜城際量子通訊主干鏈路使用。
（顧客端記者王健報導）