新華社天津3月9日電（記者張漫子）上海量子信息科學(xué)研究院袁之良團隊首創(chuàng)量子秘鑰分發(fā)開放式新構(gòu)架，采用光頻梳技術(shù)，成功實現(xiàn)615公里光纖量子通訊。該構(gòu)架在確保量子通訊安全性的同時，能急劇減少系統(tǒng)建設(shè)成本，為我國建設(shè)多節(jié)點廣域量子網(wǎng)路奠定基礎(chǔ)。相關(guān)成果近日發(fā)表于國際學(xué)術(shù)刊物《自然-通信》。
安全是量子通訊的最大特點。作為量子通訊的主要方法之一，量子秘鑰分發(fā)基于量子的不可檢測性、不可克隆性鍺與量子通訊，利用“一次一密”的加密方法，為量子通訊上了一把“安全鎖”。“雙場”是目前所有量子秘鑰分發(fā)合同中，最適宜遠距離傳輸?shù)囊环N。
上海量子信息科學(xué)研究院首席科學(xué)家袁之良介紹，雙場構(gòu)架下量子通訊，須要相距遙遠的兩個獨立激光源各自發(fā)出“信號”。假如激光源發(fā)射的“信號”頻率不同，還會出現(xiàn)傳輸中的“信號”失誤。想要避開“信號”失誤，就須要一個能實現(xiàn)兩端“信號”頻率相同的“工具”：服務(wù)光纖。這意味著通訊兩端之間還需額外架設(shè)“一條路”，這也就構(gòu)成了由“兩條路”構(gòu)成的傳統(tǒng)構(gòu)架。
圖a為傳統(tǒng)閉合光纖構(gòu)架。圖b為中國科學(xué)家袁之良團隊首創(chuàng)的開放式構(gòu)架，才能在確保量子通訊安全性的同時減少系統(tǒng)建設(shè)成本。（受訪者制圖）
“傳統(tǒng)構(gòu)架，意味著搭建雙倍寬度的光纖，成本高且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，系統(tǒng)運行維護上去貴且困難，不利于未來多節(jié)點廣域量子保密網(wǎng)路的建設(shè)。”袁之良說。
這次我國科學(xué)家首創(chuàng)的新構(gòu)架新在何處？上海量子信息科學(xué)研究院光量子通訊與元件團隊成員周來打了一個比方：“如果想要在上海、青島兩地之間進行‘量子通話’，過去需在遙遠的通訊兩端之間連通‘兩條路’。新構(gòu)架出現(xiàn)后‘一條路’就已足夠。”
圖為上海量子信息科學(xué)研究院量子秘鑰分發(fā)實驗室。新華社記者張漫子攝
為“節(jié)省”下服務(wù)光纖但保留其發(fā)揮的作用，袁之良團隊首次將光頻梳技術(shù)應(yīng)用于雙場量子秘鑰分發(fā)。“光頻梳技術(shù)，就好比把一束單頻度的光鍺與量子通訊，弄成像多個‘梳子齒’一樣分隔開來、不同頻度的多束光。利用這把神奇的‘梳子’，無需架設(shè)服務(wù)光纖，即可實現(xiàn)通訊兩端‘信號’的頻度校準，因而實現(xiàn)量子信息的確切傳輸。”周來說。
據(jù)悉，在實際的超長距離量子通訊中，光纖不免會發(fā)生快速晃動，也會影響傳輸“信號”的確切。光頻梳技術(shù)還可同步解決光纖晃動的問題，大大減少噪音對量子訊號的影響，確保光纖量子信息長距離傳輸?shù)木珳省?span style="display:none">kAK物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))
“作為世界上首個開放式構(gòu)架的雙場量子秘鑰分發(fā)系統(tǒng)，成功實現(xiàn)615公里的光纖量子通訊，在量子通訊的實現(xiàn)方案方面有了創(chuàng)新突破。”《自然-通信》審稿人之一、量子通訊科學(xué)家王雙8日接受記者專訪時表示，這一新構(gòu)架有助于光纖量子秘鑰分發(fā)距離向千公里級別突破，為未來我國建設(shè)多節(jié)點廣域量子網(wǎng)路奠定基礎(chǔ)。
