中國科學技術大學的潘建偉院士與彭承志教授、曹原副研究員等強強聯(lián)手，攜手清華大學的王向斌教授以及中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術研究所的尤立星研究員，共同在國際上首次成功完成了測量設備無關的自由空間-光纖混合量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡實驗，相關成果已經(jīng)在線發(fā)表在《物理評論快報》上。

這個革命性的實驗成果得益于測量設備無關的量子密鑰分發(fā)協(xié)議。這種協(xié)議通過雙光子干涉技術，徹底消除了探測端的所有安全漏洞，無需對測量端的量子設備進行任何安全性假設。這種協(xié)議被認為是各種量子密鑰分發(fā)協(xié)議中的最佳候選協(xié)議之一，而利用自由空間信道和衛(wèi)星是實現(xiàn)全球化量子通信網(wǎng)絡的最有效途徑。

2020年，這支研究團隊已經(jīng)首次將該協(xié)議拓展到自由空間信道。而這次的研究工作，他們進一步挖掘了測量設備無關量子密鑰分發(fā)協(xié)議的潛能，并探索將其擴展到衛(wèi)星平臺的可行性。

實現(xiàn)實用化的星地測量設備無關量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡，需要克服自由空間與光纖組網(wǎng)、白天高背景噪聲以及多普勒頻移等眾多困難。實驗團隊通過構(gòu)建多個發(fā)射端和信道，配合自適應光學技術和單模光纖耦合，演示了自由空間-光纖接口以及星形網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)。

最令人興奮的是，團隊首次揭示了基于雙光子干涉的符合探測可以使測量設備無關量子密鑰分發(fā)協(xié)議獲得極大的容忍背景噪聲的能力，成功實現(xiàn)了正午強烈日光背景下的測量設備無關量子密鑰分發(fā)實驗演示。

另外，針對星地間存在高速相對運動的情形，實驗團隊還模擬并補償了衛(wèi)星過境期間的多普勒頻移，將全程的HOM干涉可見度提高到接近理論極限。

通過這些實驗研究，這支團隊全方位驗證了星地間測量設備無關量子密鑰分發(fā)的可行性，為未來天地一體、高安全性的量子通信網(wǎng)絡的構(gòu)建奠定了堅實基礎。