新華社天津3月9日電（記者張漫子）上海量子信息科學研究院袁之良團隊首創量子秘鑰分發開放式新構架，采用光頻梳技術，成功實現615公里光纖量子通訊。該構架在確保量子通訊安全性的同時，能急劇減少系統建設成本，為我國建設多節點廣域量子網路奠定基礎。相關成果近日發表于國際學術刊物《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合同中，最適宜遠距離傳輸的一種。
上海量子信息科學研究院首席科學家袁之良介紹，雙場構架下量子通訊，須要相距遙遠的兩個獨立激光源各自發出“信號”。假如激光源發射的“信號”頻率不同，還會出現傳輸中的“信號”失誤。想要避開“信號”失誤，就須要一個能實現兩端“信號”頻率相同的“工具”：服務光纖。這意味著通訊兩端之間還需額外架設“一條路”，這也就構成了由“兩條路”構成的傳統構架。
圖a為傳統閉合光纖構架。圖b為中國科學家袁之良團隊首創的開放式構架，才能在確保量子通訊安全性的同時減少系統建設成本。（受訪者制圖）
“傳統構架，意味著搭建雙倍寬度的光纖，成本高且結構復雜，系統運行維護上去貴且困難，不利于未來多節點廣域量子保密網路的建設。”袁之良說。
這次我國科學家首創的新構架新在何處？上海量子信息科學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’。新構架出現后‘一條路’就已足夠。”
圖為上海量子信息科學研究院量子秘鑰分發實驗室。新華社記者張漫子攝
為“節省”下服務光纖但保留其發揮的作用，袁之良團隊首次將光頻梳技術應用于雙場量子秘鑰分發。“光頻梳技術，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’，無需架設服務光纖，即可實現通訊兩端‘信號’的頻度校準，因而實現量子信息的確切傳輸。”周來說。
據悉，在實際的超長距離量子通訊中，光纖不免會發生快速晃動，也會影響傳輸“信號”的確切。光頻梳技術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的精準。
“作為世界上首個開放式構架的雙場量子秘鑰分發系統，成功實現615公里的光纖量子通訊，在量子通訊的實現方案方面有了創新突破。”《自然-通信》審稿人之一、量子通訊科學家王雙8日接受記者專訪時表示，這一新構架有助于光纖量子秘鑰分發距離向千公里級別突破，為未來我國建設多節點廣域量子網路奠定基礎。
