500公里无中继量子密钥分发,潘建伟团队再创世界纪录!

“我认为,他们在把在实验室里行得通的东西变成在实地行得通的东西做得很好。” 谈及中国于近日实现 511 公里的双场量子密钥分发,英国国家量子技术计划领导团队成员、英国苏塞克斯大学 (University of Sussex) 实验物理学研究教授彼得・克鲁格 (Peter Kruger) 这样告诉媒体。

日前,中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心潘建伟、张强、陈腾云,联合济南量子技术研究院王向斌、刘洋等合作者,分别利用激光注入锁定和用时频传递技术作为光源,实现了 428 公里与 511 公里的双场量子密钥分发(TF-QKD)。

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双场量子密钥分发

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 “发送-不发送” 双场量子密钥分发的现场部署

值得注意的是,此前东芝欧洲公司在英国剑桥进行的一项实验中,展示了使用相同协议的 600 公里链路长度的量子密钥分发,但其实验中设备全部安装在一个实验室中,并且其通信长度在此后的实验中可能很难得到拓展。

此次,中国研究团队实现的远距离量子通信实验,是目前传输距离最远的现场无中继光纤量子密钥分发实验。在该实验前,最远的现场光纤量子密钥分发距离约为 100 公里左右。

研究中,中国团队采用中科院上海微系统所研究员尤立星教授小组研发的超导纳米线单光子探测器,基于 “济青干线” 现场光缆,突破了远距离现场光纤中高性能单光子干涉技术。

目前,该成果已得到 New Scientist 的报道,其中前文的彼得・克鲁格这样评价该成果的难度:“对于量子纠缠来说,在实验室的实验中,我们可以严格控制实验条件,避免轻微的环境扰动对实验产生影响,比如说话等。但是,很明显在实际应用中,环境条件往往是不可控的,这是实验面临的多项挑战之一。因此,在数百公里范围内实现单光子实验是相当了不起的。”

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据了解,相关论文分别以《相距 511 公里城市间的双场量子密钥分发实验》和《428 公里距离的双场量子密钥分发现场测试》为题,分别发表在 Nature Photonics 和 Physical Review Letters 上。

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其实,本次研究的另一个重点就是远距离和无中继。世界上很多量子通信的实验都采用了光纤作为物理通信链路,采用光子作为信息载体,但是光子在光纤中传输存在一个避不开的物理问题 —— 衰减 —— 光子的能量会在传输中以指数形式衰减。

解决方案之一就是在传输的过程中加入可以对信号放大的中继站,这是与传统通信行业相类似的操作,但是中继的加入也会带来一些麻烦,例如光子量子相干性的保证、中继站设备的设计和维护等等。

所以此次研究等于开辟了另外一条赛道,用无中继的方式实现远距离的量子纠缠通信,他们选择了量子密钥分发。

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