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突破500公里量級(jí)！

中科大潘建偉在現(xiàn)場(chǎng)遠(yuǎn)距離量子通信上又創(chuàng)造了新的世界紀(jì)錄。

目前，相關(guān)研究成果已分別發(fā)表于國際著名學(xué)術(shù)期刊《物理評(píng)論快報(bào)》和《自然·光子學(xué)》。

而且這次傳輸不是在實(shí)驗(yàn)室條件下，而是基于“濟(jì)青干線”現(xiàn)場(chǎng)光纜這種實(shí)際場(chǎng)景中。

在無中繼的條件下，克服了各種干擾，實(shí)現(xiàn)了428公里和511公里的遠(yuǎn)距離傳輸。

看到這里，除了“牛”還能說什么！

據(jù)悉，該研究由中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授潘建偉及其同事張強(qiáng)、陳騰云與濟(jì)南量子技術(shù)研究院王向斌、劉洋等合作開展。

此前，潘建偉教授還帶隊(duì)參與了“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星的研究工作。

網(wǎng)友看到后不禁感嘆：

潘建偉團(tuán)隊(duì)不愧是量子通信領(lǐng)頭羊！

遠(yuǎn)距離、無中繼

說了這么多，這項(xiàng)研究到底厲害在哪里呢？

因?yàn)榱孔拥牟淮_定性、測(cè)量坍縮和不可克隆原理，量子通信是一種無法被竊聽和計(jì)算破解的新型通信方式。

雖然非常安全，但是量子在光纖中傳輸有著指數(shù)級(jí)的損耗，經(jīng)過50公里的光纖傳輸，信號(hào)將衰減至最初的十億億分之一。

而且量子的“不可克隆”原理，使得量子通信不能像傳統(tǒng)光通信那樣，通過中繼放大信號(hào)。

因此，量子通信的光纖傳輸距離受到很大的限制。

目前，量子通信主要有兩種方式：量子隱形傳態(tài)和量子密鑰分發(fā)。

在中科大的研究中，就是應(yīng)用了后者。

但是限于通信光纖的損耗和探測(cè)器的噪聲等原因，量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)通常只能在100公里內(nèi)獲得較高成碼率。

在這樣的情況下，研究人員使用了一種名為雙場(chǎng)量子密鑰分發(fā)（Twin-Field QKD，TF-QKD）的新型技術(shù)。

該技術(shù)巧妙地利用了單光子干涉的特性，將成碼率與距離的關(guān)系從一般量子密鑰分發(fā)的線性關(guān)系提升至平方根的水平。

因此可以獲得遠(yuǎn)超過一般量子密鑰分發(fā)方案的成碼距離，并且理論上可以獲得遠(yuǎn)高于一般量子密鑰分發(fā)方案的成碼率，為遠(yuǎn)距離、高性能量子密鑰分發(fā)提供了新的方向。

此前，潘建偉團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)實(shí)現(xiàn)超過500公里TF-QKD的驗(yàn)證，但是在實(shí)際場(chǎng)景中的應(yīng)用卻十分困難。

因?yàn)樗臈l件極其苛刻。

該方案利用單光子干涉，為了保證干涉的穩(wěn)定性，需要通信雙方獨(dú)立光源的波長差不能高于10 kHz的水平（比光子本身的頻率低10個(gè)量級(jí)），并且在經(jīng)過百公里以上的傳輸后需要控制光纖引起的相位差不高于0.3弧度（需要遠(yuǎn)小于光子波長）。

這使得在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中，聲音、震動(dòng)、溫度等等因素的變化都會(huì)產(chǎn)生干擾。

為此，潘建偉團(tuán)隊(duì)在連接山東濟(jì)南與青島的“濟(jì)青干線”現(xiàn)場(chǎng)光纜上，基于王向斌提出的SNS-TF-QKD（“發(fā)送-不發(fā)送”雙場(chǎng)量子密鑰分發(fā)）協(xié)議，發(fā)展了時(shí)頻傳輸技術(shù)和激光注入鎖定技術(shù)，將現(xiàn)場(chǎng)相隔幾百公里的兩個(gè)獨(dú)立激光器的波長鎖定為相同；

再針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜的鏈路環(huán)境，開發(fā)了光纖長度及偏振變化實(shí)時(shí)補(bǔ)償系統(tǒng)；

此外，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)光纜中其他業(yè)務(wù)的串?dāng)_，精心設(shè)計(jì)了QKD光源的波長，并通過窄帶濾波將串?dāng)_噪聲濾除；

最后結(jié)合中科院上海微系統(tǒng)所研制的高計(jì)數(shù)率低噪聲單光子探測(cè)器，在現(xiàn)場(chǎng)將無中繼光纖QKD的安全成碼距離推至500公里以上。

團(tuán)隊(duì)介紹

此次研究中的兩個(gè)團(tuán)隊(duì)，都是我國量子通信研究的領(lǐng)頭羊。

潘建偉，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)常務(wù)副校長，中國科學(xué)院量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院院長，中國科學(xué)院院士。

早在2003年，他就開始探索在自由空間實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)距離的量子通信，提出了利用衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離量子糾纏分發(fā)的方案。

之后還帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)參與“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星的研發(fā)工作。

張強(qiáng)，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家實(shí)驗(yàn)室教授，濟(jì)南量子技術(shù)研究院執(zhí)行院長。

研究領(lǐng)域?yàn)榱孔用艽a和量子通信實(shí)驗(yàn)研究，核心器件研制和時(shí)間頻率傳輸。

王向斌，濟(jì)南量子技術(shù)研究院院長，2006年起在清華大學(xué)物理系擔(dān)任教授、博導(dǎo)，清華大學(xué)密碼理論中心副主任。

其研究領(lǐng)域?yàn)榱孔有畔⒗碚摗?/p>

近年來，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)不斷刷新光纖量子通信傳輸距離。

去年，濟(jì)南量子技術(shù)研究院率先實(shí)現(xiàn)了509公里真實(shí)環(huán)境光纖的雙場(chǎng)量子密鑰分發(fā)。