首創(chuàng)！我國(guó)量子通信新突破

近日，北京量子信息科學(xué)研究院袁之良團(tuán)隊(duì)，利用光頻梳技術(shù)首次實(shí)現(xiàn)開放式架構(gòu)雙場(chǎng)量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)，完成615公里光纖量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)。相關(guān)研究成果2023年2月18日發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然-通訊》上。

量子密鑰分發(fā)基于量子物理的基本原理和一次一密的加密方式，可實(shí)現(xiàn)無(wú)條件安全通信。2018年英國(guó)東芝歐洲研究所提出新型雙場(chǎng)協(xié)議，使得安全成碼率以信道衰減的平方根線性下降，在無(wú)中繼的情況下可突破碼率界限，是實(shí)現(xiàn)500公里以上光纖量子通信的可行方案。雙場(chǎng)協(xié)議的實(shí)現(xiàn)需要兩個(gè)異地的獨(dú)立激光源在第三方遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)處實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的單光子干涉，但通信雙方激光源的微小頻差與長(zhǎng)距離光纖造成的快速相位漂移都對(duì)干涉有重要影響。目前，傳統(tǒng)的方案是在遙遠(yuǎn)兩地間架設(shè)服務(wù)光纖作為傳輸媒介，然后通過時(shí)頻傳輸或者光學(xué)鎖相環(huán)等技術(shù)，完成兩地激光源的頻率鎖定，這種閉合光纖架構(gòu)（見圖a）非常不利于多節(jié)點(diǎn)的廣域量子保密網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。

a）傳統(tǒng)閉合光纖架構(gòu)

b）北京量子院研發(fā)的開放式架構(gòu)

袁之良團(tuán)隊(duì)基于自主開發(fā)的相干邊帶穩(wěn)相與異地激光源頻率校準(zhǔn)技術(shù)，研制出首個(gè)開放式架構(gòu)、無(wú)需服務(wù)光纖的新型雙場(chǎng)量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)（見圖b），實(shí)現(xiàn)了低損耗光纖四百公里級(jí)、五百公里級(jí)、六百公里級(jí)的安全成碼，并且打破無(wú)中繼量子密鑰分發(fā)的碼率界限，還成功演示了臂長(zhǎng)差為百公里的量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)（目前最長(zhǎng)臂長(zhǎng)差記錄）。

相較之前的實(shí)驗(yàn)成果，量子信號(hào)光的相位漂移速率降低1000多倍，大大降低相位參考光的噪聲影響，有助于光纖量子密鑰分發(fā)距離向千公里級(jí)別突破。基于光頻梳的開放式架構(gòu)有利于未來(lái)構(gòu)建多用戶多節(jié)點(diǎn)的城際量子保密網(wǎng)絡(luò)，并對(duì)基于單光子干涉的分布式量子網(wǎng)絡(luò)具有重要意義。

該項(xiàng)工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金的支持。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41467-023-36573-2

來(lái)源：“北京國(guó)際科技創(chuàng)新中心”公眾號(hào)