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833公里！我国光纤量子密钥分发距离创世界纪录

量子创投界

2022-01-20

导读：中国科学技术大学郭光灿院士领导的中国科学院量子信息重点实验室在量子密钥分发的研究方面取得重要进展。

中国科学技术大学郭光灿院士领导的中国科学院量子信息重点实验室在量子密钥分发的研究方面取得重要进展。该实验室的韩正甫教授及其合作者王双、银振强、何德勇、陈巍等实现了833公里光纤信道量子密钥分发，将安全传输距离的世界纪录提升了200余公里，向实现千公里陆基量子保密通信迈出了重要的一步。相关研究成果于1月17日在线发表在国际知名学术期刊《自然-光子学》（Nature Photonics）上。

量子密钥分发基于量子物理的原理，在信息论安全的层面上提供了窃听可感知的密钥分发手段。光量子是量子信息的天然载体，但是线路中不可避免的损耗限制了量子密钥分发的安全距离，也是制约广域量子保密通信网络部署和应用的关键因素之一。因此，如何延长光量子密钥分发直接传输的安全距离，成为了当前极具挑战的难点和焦点之一。

2018年英国科学家提出的双场协议突破了原有的理论极限，但其理论的完善和实验技术的开拓极具挑战性。郭光灿、韩正甫研究组在2019年首先提出了免相位后选择的双场类协议（Physical Review Applied, 11, 034053(2019)），并首次在300公里光纤信道中验证了此类协议的可行性（Physical Review X, 9, 021046(2019)）。

2019年，中国科学院量子信息重点实验室在远程量子密钥分发方面取得重要进展。陈巍、银振强、王双、韩正甫等首先在理论上提出了免相位后选择的孪生场量子密钥分发(QKD)协议，该协议显著降低了孪生场类协议的实现难度。基于这一协议，该研究组突破了孪生光场制备和长距离光纤信道相位补偿两项技术，在300公里光纤上，首次完成了不受无中继QKD协议密钥生成率上界（线性界）限制的高密钥生成率实验，为无中继长距离城际量子密钥分配网络迈出了关键的一步。该工作的理论成果发表在应用物理权威期刊Physical Review Applied 11,034053 (2019)，实验成果发表在最新一期的物理学权威期刊Physical Review X 9, 021046 (2019)。

郭光灿、韩正甫团队成果与国内外其他团队成果的对比

经过2年多的探索，郭光灿、韩正甫团队提出了改进的四相位调制双场协议，并进一步提升了独立光源的锁相稳频技术、高带宽信道相位补偿技术、以及高信噪比的单光子探测信号甄别技术等关键技术，将光纤双场量子密钥分发的安全传输距离延长至830公里以上（833公里）。相比于国内外其他研究团队的工作，该成果不仅将传输距离从五、六百公里大幅提升至八百余公里，而且将安全码率提升了50～1000倍，为实现千公里量级陆基广域量子保密通信网络迈出了重要的一步。

王双教授、银振强教授是该工作的共同第一作者，何德勇高级工程师、陈巍研究员和韩正甫教授是该工作的共同通讯作者。该成果的合作单位还包括亨通光电、上海大学和俄罗斯Scontel公司等。这项工作得到了科技部、国家自然科学基金委、中科院、教育部和安徽省的资助。

相关链接

[1].http://news.ustc.edu.cn/info/1055/78238.htm

[2].http://lqcc.ustc.edu.cn/index/info/976

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