中國科學(xué)家量子領(lǐng)域新突破！可實現(xiàn)城際實時“量子通話”

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在量子通信中，更高的密鑰率能顯著提高量子通信效率。北京量子信息科學(xué)研究院袁之良團隊與南京大學(xué)物理學(xué)院副教授尹華磊合作，首次在實驗中實現(xiàn)了打破安全碼率-距離界限的異步測量設(shè)備無關(guān)量子密鑰分發(fā)，成功實現(xiàn)508公里光纖量子通信，并創(chuàng)下破紀錄的城際密鑰率和雙光子干涉距離，可實現(xiàn)城際間實時“量子通話”。6月20日，相關(guān)研究成果發(fā)表在《物理評論快報》。

量子密鑰分發(fā)是基于量子物理的基本原理，在通信用戶之間生成安全密鑰，然后通過“一次一密”的方式對信息進行加密傳輸，從而保證通信絕對安全。更高安全密鑰率，能提升量子通信的效率。常用的點對點量子密鑰分發(fā)的密鑰率，會隨信道的損耗呈線性衰減；雙場量子密鑰分發(fā)更適合遠距離傳輸，但實現(xiàn)起來相對復(fù)雜，需要增設(shè)相位跟蹤、頻率校準等模塊。2022年，尹華磊等人提出了一種新穎的異步測量設(shè)備無關(guān)量子密鑰分發(fā)協(xié)議，其中的異步配對技術(shù)可大大降低系統(tǒng)中對激光源、相位穩(wěn)定性等的嚴格要求，在中長距離還可實現(xiàn)更高的安全密鑰率。

袁之良團隊與尹華磊合作，將異步匹配技術(shù)應(yīng)用于量子通信，研制出在200微秒時間間隔內(nèi)仍可進行穩(wěn)定異步雙光子干涉的量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)，大大提高了密鑰率。同時，新技術(shù)集中了兩種協(xié)議的優(yōu)勢，可以通過更簡單的架構(gòu)，實現(xiàn)盡可能長的量子通信距離。

科研團隊將“測量設(shè)備無關(guān)協(xié)議”的最大光纖傳輸距離從404公里提高到508公里，刷新了雙光子干涉距離紀錄。此外，他們還創(chuàng)造了城際量子密鑰率的新紀錄，在相距400公里處的密鑰率較此前提高了6個數(shù)量級；在傳輸距離201公里下，量子密鑰率超過每秒57000比特；傳輸距離306公里下，量子密鑰率超過每秒5000比特。

這一科研成果，可滿足語音通信等實時加密需求，也就是可以撥打城際“量子電話”。這對于商用化、高安全城際量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的發(fā)展，以及助力我國構(gòu)建經(jīng)濟高效的城際量子安全網(wǎng)絡(luò)都具有重要意義。

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