◎ 科技日報記者 華凌

記者3月8日從北京量子信息科學研究院獲悉，該研究院袁之良團隊利用光頻梳技術首次實現開放式架構雙場量子密鑰分發系統，完成615公里光纖量子密鑰分發實驗。相關研究成果發表在最新一期的《自然·通訊》上。

據了解，量子密鑰分發基于量子物理的基本原理和一次一密的加密方式，可實現無條件安全通信。2018年英國東芝歐洲研究所提出新型雙場協議，使得安全成碼率以信道衰減的平方根線性下降，在無中繼的情況下可突破碼率界限，是實現500公里以上光纖量子通信的可行方案。

雙場協議的實現需要兩個異地獨立激光源在第三方遠程節點處實現穩定的單光子干涉，但通信雙方激光源的微小頻差與長距離光纖造成的快速相位漂移都對干涉有重要影響。目前，傳統方案是在遙遠兩地間架設服務光纖作為傳輸媒介，然后通過時頻傳輸或者光學鎖相環等技術，完成兩地激光源的頻率鎖定。

“傳統架構，意味著搭建雙倍長度的光纖，成本高且結構復雜，系統運行維護起來貴且困難，不利于未來多節點廣域量子保密網絡的建設。”袁之良說。

據介紹，研究團隊基于自主開發的相干邊帶穩相與異地激光源頻率校準技術，研制出首個開放式架構、無須服務光纖的新型雙場量子密鑰分發系統，實現低損耗光纖四百公里級、五百公里級、六百公里級的安全成碼，并打破無中繼量子密鑰分發的碼率界限，還成功演示臂長差為百公里的量子密鑰分發實驗（目前最長臂長差記錄）。

此次我國科學家首創的新架構新在何處？北京量子信息科學研究院光量子通信與器件團隊成員周來打了一個比方：“如果想要在北京、青島兩地之間進行‘量子通話’，過去需在遙遠的通信兩端之間連通‘兩條路’。新架構出現后‘一條路’就已足夠。”

相較之前的實驗成果，量子信號光的相位漂移速率降低千余倍，大大降低相位參考光的噪聲影響。

“作為世界上首個開放式架構的雙場量子密鑰分發系統，成功實現615公里的光纖量子通信，在量子通信的實現方案方面有了創新突破。”《自然·通訊》審稿人之一、量子通信科學家王雙8日接受媒體采訪時表示，這一新架構有助于光纖量子密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絡奠定基礎。

轉載自：科技日報