中國科學家再創(chuàng)世界紀錄,實現(xiàn)千公里無中繼光纖量子密鑰分發(fā)
2023-5-31 11:12:12??????點擊:
近日,中國科學技術大學官方宣布,通過發(fā)展低串擾相位參考信號控制、極低噪聲單光子探測器等技術,實現(xiàn)了光纖中1002公里點對點遠距離量子密鑰分發(fā),不僅創(chuàng)下了光纖無中繼量子密鑰分發(fā)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。
這項研究由中國科技大學潘建偉、張強等主導,與清華大學王向斌、濟南量子技術研究院劉洋、中國科學院上海微系統(tǒng)所尤立星、張偉君等合作。相關研究成果于5月25日發(fā)表在國際學術期刊《Physical Review Letters》雜志。
據(jù)介紹,量子密鑰分發(fā)(QKD)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(fā),結(jié)合“一次一密”的加密方式,進而可實現(xiàn)最高安全性的保密通信。然而,量子密鑰分發(fā)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(fā)(TF-QKD)協(xié)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(fā)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(fā)方案的成碼距離。
在這項工作中,研究團隊采用了王向斌等提出的“發(fā)送-不發(fā)送”雙場量子密鑰分發(fā)協(xié)議,在現(xiàn)實條件下可以有效地提升量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)工作距離。
為了進行極遠距離的量子密鑰分發(fā),研究團隊與長飛光纖光纜股份有限公司合作,采用基于“純二氧化硅纖芯”技術的超低損光纖,實現(xiàn)低于0.16 dB/km的量子信道光纖鏈路。
中科院上海微系統(tǒng)所發(fā)展了極低噪聲超導單光子探測器,通過在40 K和2.2K溫區(qū)進行多級濾波抑制熱輻射引起的暗計數(shù),將單光子探測器的噪聲降低至0.02 cps。
對系統(tǒng)參數(shù)進行優(yōu)化后,在202 km光纖距離下獲得47.06 kbps成碼率,并且在300km和400 km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(fā)提高了6個數(shù)量級。
這項研究不僅驗證了極遠距離下雙場量子密鑰分發(fā)方案的可行性,也驗證了在城際光纖距離下,采用該協(xié)議可以實現(xiàn)高成碼率的量子密鑰分發(fā),適合城際量子通信主干鏈路使用。
這項研究由中國科技大學潘建偉、張強等主導,與清華大學王向斌、濟南量子技術研究院劉洋、中國科學院上海微系統(tǒng)所尤立星、張偉君等合作。相關研究成果于5月25日發(fā)表在國際學術期刊《Physical Review Letters》雜志。
據(jù)介紹,量子密鑰分發(fā)(QKD)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(fā),結(jié)合“一次一密”的加密方式,進而可實現(xiàn)最高安全性的保密通信。然而,量子密鑰分發(fā)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(fā)(TF-QKD)協(xié)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(fā)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(fā)方案的成碼距離。
在這項工作中,研究團隊采用了王向斌等提出的“發(fā)送-不發(fā)送”雙場量子密鑰分發(fā)協(xié)議,在現(xiàn)實條件下可以有效地提升量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)工作距離。
為了進行極遠距離的量子密鑰分發(fā),研究團隊與長飛光纖光纜股份有限公司合作,采用基于“純二氧化硅纖芯”技術的超低損光纖,實現(xiàn)低于0.16 dB/km的量子信道光纖鏈路。
中科院上海微系統(tǒng)所發(fā)展了極低噪聲超導單光子探測器,通過在40 K和2.2K溫區(qū)進行多級濾波抑制熱輻射引起的暗計數(shù),將單光子探測器的噪聲降低至0.02 cps。
研究團隊還發(fā)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(fā)拉曼散射等噪聲影響,將鏈路噪聲降低至0.01 Hz以下。
對系統(tǒng)參數(shù)進行優(yōu)化后,在202 km光纖距離下獲得47.06 kbps成碼率,并且在300km和400 km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(fā)提高了6個數(shù)量級。
這項研究不僅驗證了極遠距離下雙場量子密鑰分發(fā)方案的可行性,也驗證了在城際光纖距離下,采用該協(xié)議可以實現(xiàn)高成碼率的量子密鑰分發(fā),適合城際量子通信主干鏈路使用。
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