重磅！我國科學家實現615公裏光纖量子通信

北京量子信息科學研究院袁之良團隊首創量子密鑰分發開放式新架構，采用光頻梳技術，成功實現615公裏光纖量子通信。該架構在確保量子通信安全性的同時，能大幅降低係統建設成本，為(wei) 我國建設多節點廣域量子網絡奠定基礎。相關(guan) 成果日前發表於(yu) 國際學術期刊《自然-通訊》。

安全是量子通信的最大特征。作為(wei) 量子通信的主要方式之一，量子密鑰分發基於(yu) 量子的不可測量性、不可克隆性，借助“一次一密”的加密方式，為(wei) 量子通信上了一把“安全鎖”。“雙場”是目前所有量子密鑰分發協議中，最適合遠距離傳(chuan) 輸的一種。

北京量子信息科學研究院首席科學家袁之良介紹，雙場架構下量子通信，需要相距遙遠的兩(liang) 個(ge) 獨立激光源各自發出“信號”。如果激光源發射的“信號”頻率不同，就會(hui) 出現傳(chuan) 輸中的“信號”失誤。想要避免“信號”失誤，就需要一個(ge) 能實現兩(liang) 端“信號”頻率相同的“工具”：服務光纖。這意味著通信兩(liang) 端之間還需額外架設“一條路”，這也就構成了由“兩(liang) 條路”構成的傳(chuan) 統架構。

圖a為(wei) 傳(chuan) 統閉合光纖架構。圖b為(wei) 中國科學家袁之良團隊首創的開放式架構，能夠在確保量子通信安全性的同時降低係統建設成本。（受訪者製圖）

“傳(chuan) 統架構，意味著搭建雙倍長度的光纖，成本高且結構複雜，係統運行維護起來貴且困難，不利於(yu) 未來多節點廣域量子保密網絡的建設。”袁之良說。

此次我國科學家首創的新架構新在何處？北京量子信息科學研究院光量子通信與(yu) 器件團隊成員周來打了一個(ge) 比方：“如果想要在北京、青島兩(liang) 地之間進行‘量子通話’，過去需在遙遠的通信兩(liang) 端之間連通‘兩(liang) 條路’。新架構出現後‘一條路’就已足夠。”

圖為(wei) 北京量子信息科學研究院量子密鑰分發實驗室。新華社記者張漫子攝

為(wei) “節省”下服務光纖但保留其發揮的作用，袁之良團隊首次將光頻梳技術應用於(yu) 雙場量子密鑰分發。“光頻梳技術，就好比把一束單頻率的光，變成像多個(ge) ‘梳子齒’一樣分隔開來、不同頻率的多束光。借助這把神奇的‘梳子’，無需架設服務光纖，即可實現通信兩(liang) 端‘信號’的頻率校準，從(cong) 而實現量子信息的準確傳(chuan) 輸。”周來說。

此外，在實際的超長距離量子通信中，光纖不免會(hui) 發生快速抖動，也會(hui) 影響傳(chuan) 輸“信號”的準確。光頻梳技術還可同步解決(jue) 光纖抖動的問題，大大降低噪聲對量子信號的影響，確保光纖量子信息長距離傳(chuan) 輸的精準。

“作為(wei) 世界上首個(ge) 開放式架構的雙場量子密鑰分發係統，成功實現615公裏的光纖量子通信，在量子通信的實現方案方麵有了創新突破。”《自然-通訊》審稿人之一、量子通信科學家王雙8日接受記者采訪時表示，這一新架構有助於(yu) 光纖量子密鑰分發距離向千公裏級別突破，為(wei) 未來我國建設多節點廣域量子網絡奠定基礎。

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