中國科學技術(shù)大學郭光燦院士團隊實現(xiàn)833.8公里的光纖量子密鑰分發(fā)，創(chuàng)下世界紀錄！

近日，中國科學技術(shù)大學郭光燦院士團隊韓正甫教授及其合作者王雙、銀振強、何德勇、陳巍等，實現(xiàn)833.8公里光纖量子密鑰分發(fā)，將安全傳輸距離世界紀錄提升了200余公里，向?qū)崿F(xiàn)千公里陸基量子保密通信邁出重要一步。該成果近期在線發(fā)表于《自然·光子學》(Nature Photonics)。

量子密鑰分發(fā)(QKD)為基于物理協(xié)議、在遠程對象之間信息共享的安全密鑰提供了一種有效解決方案。根據(jù)量子物理學定律，為保障量子通信安全，攜帶信號的光量子不能通過經(jīng)典光學技術(shù)放大或傳遞。因此，信道的傳輸損耗限制了可傳輸?shù)木嚯x，這成為構(gòu)建大規(guī)模量子保密通信網(wǎng)絡(luò)的重大障礙。

此次團隊研究出一種可容忍超過140 dB（分貝）的信道損耗，并實現(xiàn)833.8 公里安全傳授距離的QKD系統(tǒng)，創(chuàng)造了基于光纖的量子密鑰分發(fā)新紀錄。此外，經(jīng)過改進的四相位調(diào)制雙場協(xié)議，使安全碼率比以往記錄高出兩個數(shù)量級，提升了50至1000倍。該研究成果在用于建設(shè)千公里規(guī)模的可靠、高效的地面量子保密通信網(wǎng)絡(luò)方面取得了突破。

如何延長光量子密鑰分發(fā)直接傳輸?shù)陌踩嚯x，一直是世界當前極具挑戰(zhàn)的難點之一。

量子密鑰分發(fā)(QKD)基于量子物理學的基本原理，在信息安全層面上提供了可感知竊聽的密鑰分發(fā)手段。光量子是量子信息的天然載體，但線路中不可避免的損耗，限制了量子密鑰分發(fā)的安全距離。這也是制約廣域量子保密通信網(wǎng)絡(luò)部署和應用的關(guān)鍵因素之一。

2018年，英國科學家提出雙場量子密鑰分發(fā)協(xié)議，突破了原有的理論極限，但其理論的完善和實驗技術(shù)的開拓仍極具挑戰(zhàn)性。

2019年，郭光燦、韓正甫研究組率先提出了免相位后選擇的雙場類協(xié)議，并首次在300公里的光纖信道中驗證了協(xié)議的可行性。

最終經(jīng)過2年多的探索，研究團隊提出改進的四相位調(diào)制雙場協(xié)議，并進一步提升了獨立光源的鎖相穩(wěn)頻技術(shù)、高帶寬信道相位補償技術(shù)、高信噪比的單光子探測信號甄別技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，將光纖雙場量子密鑰分發(fā)的安全傳輸距離，延長至前所未有的833.8公里。這一重大研究成果，向?qū)崿F(xiàn)千公里量級的陸基廣域量子保密通信網(wǎng)絡(luò)邁出關(guān)鍵一步。