我科学家首次提出新型远程量子密钥分发协议

中国科技界传来佳音，中国科学技术大学的郭光灿院士团队取得重大突破。在量子密码学的领域中，他们提出了一种新型的免相位后选择的孪生场量子密钥分发（QKD）协议，这一理论上的创新为无中继长距离城际量子密钥分配网络建设铺平了道路。这项重要的研究成果已在权威学术期刊《物理应用评论》和《物理评论X》上公布。

QKD技术为无条件安全的保密通信提供了新的可能。在实际应用中，QKD系统面临着信道损耗的严峻挑战，其密钥生成率随着信道长度的增加显著下降。针对这一问题，量子密码理论界的科学家们一直在寻求解决方案。

早在2018年，英国科学家提出了孪生场（TF）QKD协议，该协议基于单光子响应产生密钥，其密钥生成率随着信道效率平方根的下降而减小，这在长距离信道条件下表现出显著的优势。该协议的编码模式需要进行相位随机化和后选择，这不仅降低了系统密钥率，也增加了实现的复杂性。

郭光灿院士团队深入研究后提出了一种新型的TF-QKD协议，并进行了完备的安全性证明。这一新型协议的编码模式免去了相位随机化和后选择的步骤，不仅显著提高了协议效率，降低了实现复杂度，而且可以在更短的信道距离下突破线性界限，显著提高密钥生成率。

经过不懈努力，科研团队在光学锁相环和反馈控制方案上取得了重要突破，实现了两立激光器之间的一阶干涉稳定，成功解决了相干光场制备的技术难题。紧接着，他们设计并实现了远程光纤信道快速相位补偿控制技术，在一阶光学干涉中实现了长达150公里的臂长。最终，研究团队在300公里光纤信道上实现了TF-QKD原理验证系统，其密钥生成率达到了惊人的2kbps，这一成果是线性界的约三倍。这一里程碑式的成果验证了无中继条件下远距离、跨城际高密钥率传输和组网的可行性。

这项研究不仅展示了量子通信技术的巨大潜力，也为在大范围、远距离量子保密通信网络应用方面取得突破带来了希望。在量子中继短期难以实用的情况下，这一成果可能为量子通信技术的发展开辟新的道路。