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5月28日，記者從中國科學技術大學獲悉，該校潘建偉、張強等與清華大學、濟南量子技術研究院、中國科學院上海微系統與信息技術研究所等單位學者合作，實現了光纖中1002公里點對點遠距離量子密鑰分發，不僅創下了光纖無中繼量子密鑰分發距離的世界紀錄，也提供了城際量子通信高速率主干鏈路的方案。
量子密鑰分發基于量子力學基本原理，可以在用戶間進行安全的密鑰分發，結合“一次一密”的加密方式，進而可實現最高安全性的保密通信。然而，量子密鑰分發的距離一直受到通信光纖的固有損耗和探測器噪聲等因素的限制。雙場量子密鑰分發協議利用單光子干涉的特性，將成碼率與距離的關系從一般量子密鑰分發的線性關系提升至平方根的水平，因此可以獲得遠超過一般量子密鑰分發方案的成碼距離。
該研究團隊采用了“發送-不發送”雙場量子密鑰分發協議，在現實條件下有效地提升量子密鑰分發系統工作距離。為了進行極遠距離的量子密鑰分發，研究團隊與長飛光纖光纜股份有限公司合作，實現低于0.16分貝每公里的量子信道光纖鏈路。中國科學院上海微系統與信息技術研究所發展了極低噪聲超導單光子探測器，將單光子探測器的噪聲降低至0.02個每秒。
研究團隊還發展了時分復用的雙波長相位估計方案，避免了同波長參考光二次瑞利散射、不同波長參考光自發拉曼散射等噪聲影響，將鏈路噪聲降低至0.01赫茲以下。
在上述技術發展的基礎上，該工作實現了最遠達1002公里的雙場量子密鑰分發，獲得0.0034比特每秒成碼率。對系統參數進行優化后，在202公里光纖距離下獲得47.06千比特每秒成碼率，并且在300公里和400公里光纖距離下，獲得的成碼率相較原始“測量器件無關”量子密鑰分發提高了6個數量級。
研究人員介紹，該工作不僅驗證了極遠距離下雙場量子密鑰分發方案的可行性，也驗證了在城際光纖距離下，采用該協議可以實現高成碼率的量子密鑰分發，適合城際量子通信主干鏈路使用。5月25日，相關研究成果發表于知名學術期刊《物理評論快報》，審稿人高度評價該工作，認為這項工作是“該領域極其重要的進展，量子密鑰分發技術新的里程碑”。
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合肥通客戶端-合報全媒體記者 劉暢司晨
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