全球熱議:我國科學家創(chuàng)造城際量子密鑰率新紀錄

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近日，北京量子信息科學研究院袁之良團隊與南京大學尹華磊合作，首次在實驗上實現(xiàn)了打破安全碼率-距離界限的異步測量設備無關量子密鑰分發(fā)（也稱模式匹配量子密鑰分發(fā)），成功實現(xiàn)508公里光纖量子通信，以及破紀錄的城際密鑰率和雙光子干涉距離，相關研究成果發(fā)表在國際著名學術期刊《物理評論快報》上，并被選為編輯推薦。美國物理學會Physics網(wǎng)站邀請國際專家撰寫了相關Viewpoint評論文章。同時，《物理評論快報》也以新聞發(fā)布的形式向科技界新聞媒體重點推介了該工作。

點對點量子密鑰分發(fā)（QKD）的密鑰率隨著信道的損耗呈線性衰減。雙場量子密鑰分發(fā)（TF-QKD）可以使得密鑰率以信道衰減的平方根線性下降，因而受到了極大的關注和取得了極大的成功。但雙場協(xié)議系統(tǒng)實現(xiàn)復雜，通常需要相位跟蹤、頻率校準等模塊來保證穩(wěn)定的長距離單光子干涉。

尹華磊等于2022年提出一種新穎的異步測量設備無關量子密鑰分發(fā)協(xié)議，該協(xié)議通過經(jīng)典后處理實現(xiàn)時間復用，構(gòu)建了雙光子貝爾態(tài)，建立起MDI-QKD與TF-QKD之間的橋梁。后測量配對技術可大大降低TF-QKD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。

袁之良團隊基于異步測量設備無關量子密鑰分發(fā)協(xié)議（也稱為模式匹配量子密鑰分發(fā)，由清華大學馬雄峰組獨立提出）與新型的響應過濾方法，研制出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)，首次在無需相位跟蹤技術且進行了嚴格的組合安全有限密鑰分析的情況下突破了安全碼率界限。該實驗工作實現(xiàn)了創(chuàng)紀錄的雙光子干涉距離和城際密鑰率，將MDI-QKD的最大光纖傳輸距離從404公里提高到508公里。在400公里處其密鑰率相比之前提高了6個數(shù)量級，201公里與306公里處的安全密鑰率分別超過57000比特/秒與5000比特/秒，可滿足語音通信等實時加密需求。該研究成果對商用化、高安全城際量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)和我國構(gòu)建經(jīng)濟高效的城際量子安全網(wǎng)絡具有重要意義。

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