首次實現(xiàn)！北京量子院袁之良團隊實現(xiàn)量子密鑰分發(fā)新架構
近日，北京量子信息科學研究院袁之良團隊，利用光頻梳技術首次實現(xiàn)開放式架構雙場量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)，完成615公里光纖量子密鑰分發(fā)實驗。相關研究成果2023年2月18日發(fā)表在國際學術期刊《自然-通訊》（Nature Communications）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，可實現(xiàn)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(xié)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(xiàn)500公里以上光纖量子通信的可行方案。
雙場協(xié)議的實現(xiàn)需要兩個異地的獨立激光源在第三方遠程節(jié)點處實現(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(tǒng)的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(huán)等技術，完成兩地激光源的頻率鎖定，這種閉合光纖架構（見圖a）非常不利于多節(jié)點的廣域量子保密網(wǎng)絡應用。
▲a：傳統(tǒng)閉合光纖架構；b：北京量子院研發(fā)的開放式架構
袁之良團隊基于自主開發(fā)的相干邊帶穩(wěn)相與異地激光源頻率校準技術，研制出首個開放式架構、無需服務光纖的新型雙場量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)（見圖b），實現(xiàn)了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，并且打破無中繼量子密鑰分發(fā)的碼率界限，還成功演示了臂長差為百公里的量子密鑰分發(fā)實驗（目前最長臂長差記錄）。
相較之前的實驗成果，量子信號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)距離向千公里級別突破?；诠忸l梳的開放式架構有利于未來構建多用戶多節(jié)點的城際量子保密網(wǎng)絡，并對基于單光子干涉的分布式量子網(wǎng)絡具有重要意義。
該項工作得到了國家自然科學基金的支持。
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