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509公里!我科學家創造光纖量子通信新紀錄

發布日期: 2020-03-04 信息來源:欧宝体育

    3日,記者從(cong)濟南(nan)量(liang)子(zi)技術研究(jiu)(jiu)院(yuan)(yuan)獲悉,繼首次(ci)實驗驗證了遠(yuan)距離雙場量(liang)子(zi)密(mi)(mi)鑰(yao)分發(fa)(fa)可行性,在(zai)300公(gong)里(li)真(zhen)實環境的光纖(xian)中(zhong)實現了雙場量(liang)子(zi)密(mi)(mi)鑰(yao)分發(fa)(fa)實驗后(hou),濟南(nan)量(liang)子(zi)技術研究(jiu)(jiu)院(yuan)(yuan)王向(xiang)斌教(jiao)授、劉洋研究(jiu)(jiu)員與中(zhong)國科(ke)學技術大學潘建偉院(yuan)(yuan)士團(tuan)隊再次(ci)合作,實現了509公(gong)里(li)真(zhen)實環境光纖(xian)的雙場量(liang)子(zi)密(mi)(mi)鑰(yao)分發(fa)(fa)(TF-QKD)。相關成果(guo)已(yi)于近(jin)日在(zai)線(xian)發(fa)(fa)表在(zai)國際期刊《物理評論快報》上,王向(xiang)斌教(jiao)授和(he)張強教(jiao)授為論文共同通訊(xun)作者。該成果(guo)成功創造了量(liang)子(zi)密(mi)(mi)鑰(yao)分發(fa)(fa)最遠(yuan)傳輸(shu)距離新的世(shi)界紀錄。

  在量子密鑰分發(fa)(QKD)的(de)(de)長(chang)(chang)距離實際(ji)應用中,信(xin)道損耗是最嚴(yan)重(zhong)的(de)(de)限制(zhi)因素。TF-QKD利用單光(guang)子干(gan)涉(she)作(zuo)為有效探測事(shi)件,使安全成碼(ma)率隨信(xin)道衰減的(de)(de)平方根線性(xing)下降,甚至可以在無中繼的(de)(de)情形下輕(qing)松突破QKD成碼(ma)率線性(xing)界限。然而(er),TF-QKD的(de)(de)實施條件相(xiang)當苛(ke)刻,要求兩個遠程獨立激光(guang)器(qi)的(de)(de)單光(guang)子級干(gan)涉(she),同時需要通(tong)過(guo)單光(guang)子探測結果(guo)實現長(chang)(chang)距離光(guang)纖鏈路相(xiang)對(dui)相(xiang)位快速漂移的(de)(de)精(jing)準(zhun)估(gu)計。

  該成(cheng)果理論(lun)方面基(ji)于(yu)王向斌(bin)提(ti)出(chu)的(de)“發(fa)送(song)(song)—不發(fa)送(song)(song)”雙場(chang)量(liang)(liang)子(zi)密鑰分發(fa)協(xie)議,大幅提(ti)高了(le)(le)(le)系(xi)統(tong)對相(xiang)(xiang)位噪聲的(de)容忍能力;實(shi)驗(yan)方面張強團(tuan)隊采用了(le)(le)(le)時(shi)頻傳(chuan)(chuan)輸技(ji)術,將(jiang)(jiang)兩個獨(du)立遠(yuan)程(cheng)激(ji)光器(qi)的(de)波長(chang)鎖定(ding)為相(xiang)(xiang)同,并利用附(fu)加相(xiang)(xiang)位參考(kao)(kao)光來估計(ji)光纖(xian)的(de)相(xiang)(xiang)對相(xiang)(xiang)位快速(su)漂移,確保了(le)(le)(le)測量(liang)(liang)器(qi)件(jian)無關的(de)安(an)(an)全(quan)(quan)屬性。最(zui)終在實(shi)驗(yan)室(shi)內將(jiang)(jiang)QKD安(an)(an)全(quan)(quan)成(cheng)碼(ma)距離成(cheng)功拓(tuo)展至509公里,打破了(le)(le)(le)傳(chuan)(chuan)統(tong)無中繼QKD所(suo)限定(ding)的(de)絕對理論(lun)成(cheng)碼(ma)率極限。同時(shi),與其他雙場(chang)QKD實(shi)驗(yan)相(xiang)(xiang)比,該研究(jiu)在安(an)(an)全(quan)(quan)性上擁有獨(du)特優(you)勢(shi): 既(ji)是(shi)測量(liang)(liang)設備無關的(de),又(you)充分考(kao)(kao)慮(lv)了(le)(le)(le)有限碼(ma)長(chang)下的(de)安(an)(an)全(quan)(quan)性。如果將(jiang)(jiang)系(xi)統(tong)重復頻率升級至京(jing)滬(hu)干線(xian)等遠(yuan)距離量(liang)(liang)子(zi)通信(xin)網絡中采用的(de)1GHz,在300公里處(chu),成(cheng)碼(ma)率可(ke)達5kbps,這將(jiang)(jiang)大量(liang)(liang)減(jian)少骨干光纖(xian)量(liang)(liang)子(zi)通信(xin)網絡中的(de)可(ke)信(xin)中繼數量(liang)(liang),大幅提(ti)升光纖(xian)量(liang)(liang)子(zi)保密通信(xin)網絡的(de)安(an)(an)全(quan)(quan)性。(記者王延斌(bin) 通訊員禚昌巖 田珊)

 

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