记者从中国科学技术大学获悉，中科院院士、该校教授潘建伟及同事张强、陈腾云与济南量子技术研究院王向斌、刘洋等合作，近期突破现场远距离高性能单光子干涉技术，采用两种技术方案分别实现428公里和511公里的双场量子密钥分发，创造了现场无中继光纤量子密钥分发传输距离的新世界纪录。
量子的“不可克隆”原理，理论上保证了量子通信的安全性，但量子特性也使得量子通信不能像传统光通信那样，通过中继放大信号，因此量子通信的光纤传输距离受到信号损耗的限制。
双场量子密钥分发是一种新技术，适合于实现远距离量子通信。但量子信号特别脆弱，实际应用场景中的声音、震动、温度变化等都会产生干扰，同时光缆的热胀冷缩效应，以及同一光缆中不同光纤间的信号串扰等，都使得现场实现非常困难。
近期，潘建伟团队在连接山东济南与青岛的“济青干线”现场光缆上，基于王向斌提出的“发送—不发送”双场量子密钥分发协议，研发出时频传输技术和激光注入锁定技术，将现场相隔几百公里的两个独立激光器的波长锁定为相同。再针对现场复杂的链路环境，开发了光纤长度及偏振变化实时补偿系统，并精心设计了量子密钥分发光源的波长，通过窄带滤波将串扰噪声滤除。
结合中科院上海微系统所尤立星小组研制的高计数率低噪声单光子探测器，他们将现场无中继光纤量子密钥分发的安全成码距离扩展至500公里以上。
“济青干线”量子通信实验示意图。（中国科学技术大学供图）
据介绍，上述研究成果成功创造了现场光纤无中继量子密钥分发距离的新世界纪录，超过500公里的光纤成码率打破了传统无中继量子密钥分发所限定的成码率极限。在实际环境中证明了双场量子密钥分发的可行性，为实现长距离光纤量子网铺平了道路。
日前，国际著名学术期刊《物理评论快报》和《自然·光子学》分别发表了他们的研究成果。
文字记者：徐海涛
