科学家实现500公里地基量子密钥分发

近日，中国科学技术大学的潘建伟、张强、陈腾云等科研团队与清华大学的王向斌、马雄峰紧密合作，取得了量子科技领域的一项重大突破。他们成功实现了基于远距离独立激光相位干涉技术的双场量子密钥分发和相位匹配量子密钥分发，成果分别在《物理评论快报》和《自然-光子学》两大国际学术期刊上发表。

在量子密钥分发的实际应用中，面对长距离的信道传输，信道损耗一直是一个巨大的挑战。现有的测量设备无关量子密钥分发（MDI-QKD）虽然采用双光子复合事件作为探测基础，但其安全成码率却随着信道衰减线性下降，这在无量子中继的情况下，受到严重的线性界限约束。这项新研究采用的TF-QKD技术则利用单光子干涉作为探测核心，使得安全成码率随着信道衰减的平方根线性下降，从而轻松突破了QKD成码率的线性界限，在无中继的情况下也能表现出卓越的性能。

实现TF-QKD技术并非易事，它要求两个远程独立激光器实现单光子级的干涉，并需要通过对单光子探测结果的精准分析，来估计长距离光纤链路中的相对相位快速漂移。研究团队采用了一系列先进的技术，如时频传输技术和激光注入锁定技术，成功将两个独立激光器的波长锁定到同一频率，并利用附加的相位参考光来准确估计光纤的相对相位变化。他们结合中科院上海微系统与信息技术研究所研制的高性能单光子探测器，成功将QKD的安全成码距离推至500公里以上。

这一重大成果不仅创造了地基量子密钥分发的最远距离世界纪录，而且其成码率超越了传统无中继QKD的极限。如果将该系统的重复频率提升至京沪干线等远距离量子通信网络中常用的1GHz，那么在300公里处，成码率可达5kbps，这将大大减少骨干光纤量子通信网络中的中继数量，极大提升光纤量子保密通信网络的安全性。这项成果对于推动量子科技的发展具有重要意义，它将为未来的信息安全和通信领域带来革命性的变化。

这项研究的成功离不开科技部、自然科学基金委、中科院和安徽省等部门的资助和支持。这一重大突破标志着中国在量子科技领域的实力再次得到彰显，也预示着未来中国在量子领域的更多突破和贡献。中国科学技术大学等机构的科研团队以实际行动向世界展示了中国在量子科技领域的实力和潜力。