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來(lái)源：鳳凰網(wǎng)科技 近日，北京量子信息科學(xué)研究院袁之良團隊與南京大學(xué)尹華磊合作，首次在實(shí)驗上實(shí)現了打破安全碼率-距離界限的異步測量設備無(wú)關(guān)量子密鑰分發(fā)（也稱(chēng)模式匹配量子密鑰分發(fā)），成功實(shí)現508公里光纖量子通信，以及破紀錄的城際密鑰率和雙光子干涉距離。 6月20日，相關(guān)研究成果發(fā)表在國際著(zhù)名學(xué)術(shù)期刊《物理評論快報》（Physical Review Letters）上，并被選為編輯推薦（Editors’ Suggestion）。美國物理學(xué)會(huì )Physics網(wǎng)站邀請國際專(zhuān)家撰寫(xiě)了相關(guān)Viewpoint評論文章。同時(shí)，《物理評論快報》也以新聞發(fā)布的形式向科技界新聞媒體重點(diǎn)推介了該工作。 點(diǎn)對點(diǎn)量子密鑰分發(fā)（QKD）的密鑰率隨著(zhù)信道的損耗呈線(xiàn)性衰減。雙場(chǎng)量子密鑰分發(fā)（TF-QKD）可以使得密鑰率以信道衰減的平方根線(xiàn)性下降，因而受到了極大的關(guān)注和取得了極大的成功。但雙場(chǎng)協(xié)議系統實(shí)現復雜，通常需要相位跟蹤、頻率校準等模塊來(lái)保證穩定的長(cháng)距離單光子干涉。南京大學(xué)尹華磊等于2022年提出一種新穎的異步測量設備無(wú)關(guān)量子密鑰分發(fā)（Asynchronous MDI-QKD）協(xié)議，該協(xié)議通過(guò)經(jīng)典后處理實(shí)現時(shí)間復用，構建了雙光子貝爾態(tài)，建立起MDI-QKD與TF-QKD之間的橋梁。后測量配對技術(shù)可大大降低TF-QKD系統中對激光源、相位穩定性等的嚴格要求，在中長(cháng)距離還可實(shí)現更高的安全密鑰率。 
同步與異步配對方案對比圖 袁之良團隊基于異步測量設備無(wú)關(guān)量子密鑰分發(fā)協(xié)議（也稱(chēng)為模式匹配量子密鑰分發(fā)，由清華大學(xué)馬雄峰組獨立提出）與新型的響應過(guò)濾方法，研制出200微秒時(shí)間間隔內仍可進(jìn)行穩定異步雙光子干涉的量子密鑰分發(fā)系統，首次在無(wú)需相位跟蹤技術(shù)且進(jìn)行了嚴格的組合安全有限密鑰分析的情況下突破了安全碼率界限。該實(shí)驗工作實(shí)現了創(chuàng )紀錄的雙光子干涉距離和城際密鑰率，將MDI-QKD的最大光纖傳輸距離從404公里提高到508公里。在400公里處其密鑰率相比之前提高了6個(gè)數量級，201公里與306公里處的安全密鑰率分別超過(guò)57000比特/秒與5000比特/秒，可滿(mǎn)足語(yǔ)音通信等實(shí)時(shí)加密需求。該研究成果對商用化、高安全城際量子密鑰分發(fā)系統和我國構建經(jīng)濟高效的城際量子安全網(wǎng)絡(luò )具有重要意義。
安全碼率圖 北京量子信息科學(xué)研究院副研究員周來(lái)、工程師林錦平，以及南京大學(xué)物理學(xué)院博士生謝元梅、陸玉碩為該論文的共同第一作者，南京大學(xué)物理學(xué)院尹華磊副教授和北京量子院首席科學(xué)家袁之良為該論文的共同通訊作者，作者還包括北京量子研究院助理研究員荊雨芒。該項目得到了國家自然科學(xué)基金、江蘇省自然科學(xué)基金、中央高�；究蒲袠I(yè)務(wù)費專(zhuān)項資金以及南京江北新區重點(diǎn)研發(fā)計劃項目的支持。 |
