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來(lái)源: 第一財經(jīng)資訊 6月23日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)網(wǎng)站消息稱(chēng)，中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授潘建偉及其同事張強、陳騰云與濟南量子技術(shù)研究院王向斌、劉洋等合作，突破現場(chǎng)遠距離高性能單光子干涉技術(shù)，憑借時(shí)頻傳輸技術(shù)和激光注入鎖定技術(shù)，實(shí)現了創(chuàng )紀錄500公里量級現場(chǎng)無(wú)中繼光纖量子密鑰分發(fā)。相關(guān)研究成果分別發(fā)表于國際著(zhù)名學(xué)術(shù)期刊《物理評論快報》和《自然·光子學(xué)》上。 為實(shí)現長(cháng)距離光纖量子網(wǎng)絡(luò )鋪路 上述研究成果成功創(chuàng )造了現場(chǎng)光纖無(wú)中繼QKD最遠距離新的世界紀錄，在超過(guò)500公里的光纖成碼率打破了傳統無(wú)中繼QKD所限定的成碼率極限，即超過(guò)了理想探測裝置下的無(wú)中繼QKD成碼極限，在實(shí)際環(huán)境中證明了雙場(chǎng)量子密鑰分發(fā)（TF-QKD）的可行性，并為實(shí)現長(cháng)距離光纖量子網(wǎng)絡(luò )鋪平了道路。 具體而言，最新發(fā)表的這項研究利用中科院上海微系統所尤立星小組研制的超導探測器，基于“濟青干線(xiàn)”現場(chǎng)光纜，分別采用激光注入鎖定實(shí)現了428公里TF-QKD，同時(shí)利用時(shí)頻傳遞技術(shù)實(shí)現了511公里TF-QKD。 量子不可克隆原理保證了密鑰分發(fā)的無(wú)條件安全性，而未知量子態(tài)的不可克隆性，也使得QKD不能像經(jīng)典光通信那樣通過(guò)光放大對傳輸進(jìn)行中繼，因此實(shí)際應用中QKD的傳輸距離受到光纖損耗的限制。 2016年，潘建偉團隊就曾在《物理評論快報》發(fā)表研究成果，在國際上首次實(shí)現超過(guò)400公里抵御量子黑客攻擊的測量設備無(wú)關(guān)量子密鑰分發(fā)，當時(shí)創(chuàng )造了量子保密通信新的世界紀錄，并被國際審稿人高度評價(jià)為“量子密鑰分發(fā)和量子通信最遠傳輸記錄”以及“打破BB84協(xié)議下單光子源的傳輸終極極限”的中國成果。 此前，潘建偉團隊已經(jīng)在實(shí)驗室內實(shí)現超過(guò)500公里TF-QKD的驗證，然而，在實(shí)際場(chǎng)景的苛刻環(huán)境下實(shí)現TF-QKD是極其困難的。這是由于在實(shí)驗室內溫度、振動(dòng)以及人活動(dòng)引起的聲音等噪聲都可以被有效隔離，但現場(chǎng)環(huán)境中這些是不可避免的。這些外界的干擾會(huì )導致現場(chǎng)光纜一天相應的長(cháng)度和偏振變化速率比實(shí)驗室光纖快兩到三個(gè)數量級；損耗也要比實(shí)驗室光纖高約10%；串擾引起的噪聲比單光子探測器的本底噪聲高兩個(gè)數量級以上。 據中國科大介紹，潘建偉團隊基于王向斌提出的“發(fā)送-不發(fā)送”雙場(chǎng)量子密鑰分發(fā)協(xié)議，發(fā)展射頻傳輸技術(shù)和激光注入鎖定技術(shù)，將現場(chǎng)相隔幾百公里的兩個(gè)獨立激光器的波長(cháng)鎖定為相同；再針對現場(chǎng)復雜的鏈路環(huán)境，開(kāi)發(fā)了光纖長(cháng)度及偏振變化實(shí)時(shí)補償系統；并設計了QKD光源的波長(cháng)，并通過(guò)窄帶濾波將串擾噪聲濾除；最后結合中科院上海微系統所研制的高計數率低噪聲單光子探測器，在現場(chǎng)將無(wú)中繼光纖QKD的安全成碼距離推至500公里以上。 “過(guò)去400公里量級的密鑰分發(fā)已經(jīng)是極限了，這次團隊利用了新的技術(shù)才實(shí)現了500公里量級的雙場(chǎng)量子密鑰分發(fā)，意義重大�！币晃辉谥袊拼罅孔油ㄐ艑�(shí)驗室擔任研究員的專(zhuān)家對第一財經(jīng)記者表示。 構建天地一體量子通信網(wǎng)絡(luò ) 近一年多來(lái)，潘建偉團隊成果不斷。今年5月，我國首個(gè)可操縱的超導量子計算機體系“祖沖之號”問(wèn)世，該成果將為促進(jìn)中國在超導量子系統上實(shí)現量子優(yōu)越性奠定技術(shù)基礎，也為后續具有重大實(shí)用價(jià)值的通用量子計算的研發(fā)提供支持。 今年1月，潘建偉團隊在《自然》雜志上發(fā)表了題為“跨越4600公里的天地一體化量子通信網(wǎng)絡(luò )”的論文，驗證了廣域量子保密通信技術(shù)在實(shí)際應用中的條件已初步成熟。 潘建偉表示：“我們的工作表明，量子通信技術(shù)對于大規模的實(shí)際應用已經(jīng)足夠成熟。類(lèi)似地，如果把來(lái)自不同國家的國家量子網(wǎng)絡(luò )合并在一起，并且如果大學(xué)，機構和公司聚集在一起以標準化相關(guān)協(xié)議、硬件等，則可以建立全球量子通信網(wǎng)絡(luò )�！� 去年12月，潘建偉團隊成功構建76個(gè)光子的量子計算原型機“九章”，實(shí)現了具有實(shí)用前景的“高斯玻色取樣”任務(wù)的快速求解，使我國成為全球第二個(gè)實(shí)現“量子優(yōu)越性”的國家。 從九章量子計算機原型的發(fā)布到證明廣域量子保密通信技術(shù)在實(shí)際應用中的條件已成熟，中國在量子科技領(lǐng)域取得了跨越式的發(fā)展，未來(lái)中國將構建天地一體的有量子通信安全保障的未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)。 中國科大教授陳宇翱此前曾對第一財經(jīng)記者表示，未來(lái)中國量子通信技術(shù)的發(fā)展方向主要有三個(gè)，一個(gè)是通過(guò)與經(jīng)典密碼學(xué)的結合，從而實(shí)現量子通信安全性的定量化；另一個(gè)是量子通信系統的芯片化、小型化和低成本化；第三個(gè)是完善建網(wǎng)的方式以及協(xié)議的更新。 量子技術(shù)應用公司夸密（Quakey）創(chuàng )始人CEO張文卓對第一財經(jīng)記者表示：“量子信息技術(shù)將掀起第四次科技革命，也是第二次信息革命，但整個(gè)學(xué)科絕大部分還處于科研階段，僅有量子加密技術(shù)成熟到可以廣泛應用。目前行業(yè)仍然缺少能夠用前沿量子加密技術(shù)去解決信息安全問(wèn)題的專(zhuān)業(yè)企業(yè)�！� |
