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來源：鳳凰網(wǎng)科技
近日，北京量子信息科學(xué)研究院袁之良團(tuán)隊(duì)與南京大學(xué)尹華磊合作，首次在實(shí)驗(yàn)上實(shí)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)（也稱模式匹配量子密鑰分發(fā)），成功實(shí)現(xiàn)508公里光纖量子通信，以及破紀(jì)錄的城際密鑰率和雙光子干涉距離。
6月20日，相關(guān)研究成果發(fā)表在國際著名學(xué)術(shù)期刊《物理評論快報(bào)》（Physical Review Letters）上，并被選為編輯推薦（Editors’ Suggestion）。美國物理學(xué)會(huì)Physics網(wǎng)站邀請國際專家撰寫了相關(guān)Viewpoint評論文章。同時(shí)，《物理評論快報(bào)》也以新聞發(fā)布的形式向科技界新聞媒體重點(diǎn)推介了該工作。
點(diǎn)對點(diǎn)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(guān)注和取得了極大的成功。但雙場協(xié)議系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，通常需要相位跟蹤、頻率校準(zhǔn)等模塊來保證穩(wěn)定的長距離單光子干涉。南京大學(xué)尹華磊等于2022年提出一種新穎的異步測量設(shè)備無關(guān)量子密鑰分發(fā)（Asynchronous MDI-QKD）協(xié)議，該協(xié)議通過經(jīng)典后處理實(shí)現(xiàn)時(shí)間復(fù)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(shù)可大大降低TF-QKD系統(tǒng)中對激光源、相位穩(wěn)定性等的嚴(yán)格要求，在中長距離還可實(shí)現(xiàn)更高的安全密鑰率。
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同步與異步配對方案對比圖
袁之良團(tuán)隊(duì)基于異步測量設(shè)備無關(guān)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(xué)馬雄峰組獨(dú)立提出）與新型的響應(yīng)過濾方法，研制出200微秒時(shí)間間隔內(nèi)仍可進(jìn)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(shù)且進(jìn)行了嚴(yán)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(shí)驗(yàn)工作實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)紀(jì)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(gè)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(shí)時(shí)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(jì)高效的城際量子安全網(wǎng)絡(luò)具有重要意義。
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安全碼率圖
北京量子信息科學(xué)研究院副研究員周來、工程師林錦平，以及南京大學(xué)物理學(xué)院博士生謝元梅、陸玉碩為該論文的共同第一作者，南京大學(xué)物理學(xué)院尹華磊副教授和北京量子院首席科學(xué)家袁之良為該論文的共同通訊作者，作者還包括北京量子研究院助理研究員荊雨芒。該項(xiàng)目得到了國家自然科學(xué)基金、江蘇省自然科學(xué)基金、中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金以及南京江北新區(qū)重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目的支持。
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