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千公里无中继光纤量子密钥分发首度实现

来源:中国科学报 王敏 访问:435 时间:2023-06-07

中国科学技术大学潘建伟、张强等与清华大学王向斌,济南量子技术研究院刘洋,中国科学院上海微系统与信息技术研究所尤立星、张伟君等合作,通过发展低串扰相位参考信号控制、极低噪声单光子探测器等技术,实现了光纤中1002公里点对点远距离量子密钥分发,不仅创下了光纤无中继量子密钥分发距离的世界纪录,也提供了城际量子通信高速率主干链路的方案。相关研究成果近日发表于《物理评论快报》。

研究团队采用了王向斌等提出的“发送-不发送”双场量子密钥分发协议。该协议在现实条件下可有效增加量子密钥分发系统工作距离。为了进行极远距离的量子密钥分发,研究团队与长飞光纤光缆股份有限公司合作,采用基于“纯二氧化硅纤芯”技术的超低损光纤,实现低于0.16分贝每公里的量子信道光纤链路。中国科学院上海微系统与信息技术研究所发展了极低噪声超导单光子探测器,通过在40开尔文和2.2开尔文温区进行多级滤波抑制热辐射引起的暗计数,将单光子探测器的噪声降低至0.02个每秒。

研究团队还发展了时分复用的双波长相位估计方案,避免了同波长参考光二次瑞利散射、不同波长参考光自发拉曼散射等噪声影响,将链路噪声降低至0.01赫兹以下。

在上述技术发展的基础上,该研究实现了最远达1002公里的双场量子密钥分发,获得0.0034比特每秒成码率。对系统参数进行优化后,研究团队在202公里光纤距离下获得47.06千比特每秒成码率,并且在300公里和400公里光纤距离下获得的成码率相较原始“测量器件无关”量子密钥分发提高了6个数量级。

研究人员介绍,该工作不仅验证了极远距离下双场量子密钥分发方案的可行性,也验证了在城际光纤距离下,采用该协议可以实现高成码率的量子密钥分发,适合城际量子通信主干链路使用。

审稿人认为这项工作是“该领域极其重要的进展,也是量子密钥分发技术新的里程碑”。

相关论文信息:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.130.210801

(原载于《中国科学报》 2023-06-07 第1版 要闻)
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