我国完整实现300公里双场量子密钥分发

据中国科学技能大学网站音讯，近来，中国科学技能大学教授潘建伟及其搭档张强、刘洋与清华大学王向斌、中科院上海微体系所尤立星等人协作，在开展快速高稳定性激光频率确定技能与高计数率低噪声单光子探测器的根底上，在300公里实在环境的光纤中完成了双场量子密钥分发试验。相关研讨效果于9月5日（北京时间）在线宣布在世界威望学术期刊《物理谈论快报》杂志上（Phys. Rev. Lett. 123, 100505 (2019)）。这项效果不只完好完成了300公里的双场量子密钥分发，也验证了700公里以上光纤远间隔量子密钥分发的可行性，有望成为新一代远间隔城际量子密钥分发的根底。

“发送-不发送”双场QKD示意图

量子密钥分发（QKD）能够在用户间进行十分高安全性的密钥分发，从而完成最高安全性的保密通讯，具有十分重要的理论和实际意义。可是限于通讯光纤的损耗和探测器的噪声等原因，量子密钥分发体系一般只能在100公里内取得较高成码率。现在安全性最高的丈量设备无关的量子密钥分发体系，最远成码间隔是潘建伟团队于2016年试验完成的404公里。最近，英国东芝公司的科学家提出了一种新式的量子密钥分发方案：双场量子密钥分发（Twin-Field QKD）方案，奇妙地运用单光子干与的特性，将成码率与间隔的联系从一般量子密钥分发的线性联系提升至平方根的水平，因而能够取得远超越一般量子密钥分发方案的成码间隔，而且理论上能够取得远高于一般量子密钥分发方案的成码率，为远间隔、高功能量子密钥分发供给了新的方向。

但是，试验完成双场量子密钥分发方案的条件极端严苛。该方案运用单光子干与，为了确保干与的稳定性，需求通讯两边独立光源的波长差不能高于10 kHz的水平（比光子自身的频率低10个量级），而且在通过百公里以上的传输后需求操控光纤引起的相位差不高于0.3弧度（需求远小于光子波长）。

本研讨中，王向斌教授提出了根据“发送-不发送”的双场量子密钥分发方案，大大进步了对相位噪声的忍受才能并严厉证明了安全性；潘建伟、张强试验小组开展了高速高稳定性的相位确定技能、高功能调制与链路相位估量方案，运用中科院上海微体系所研制的低噪声超导纳米线单光子探测器，完成了双场量子密钥分发方案的试验验证。本研讨在实际环境下相位剧烈改变的300公里光纤信道上，完成了双场量子密钥分发，在考虑计算涨落及有限长度剖析等重要理论要求后，在300公里处，密钥生成率到达2016年试验的50倍，并打破了一般无中继量子密钥分发方案的最高成码率理论极限。同现有已宣布的双场QKD试验比较，本研讨是仅有的考虑了有限码长效应的试验。此外，联合团队也剖析了在进步探测器功能等条件下，该方案能够进行超越700公里的远间隔量子密钥分发。

本作业验证了远间隔双场量子密钥分发方案的可行性，证明该方案具有远间隔、高成码率等功能，十分适合在城际量子密钥分发骨干链路运用。该作业被《物理谈论快报》审稿人谈论为“有用双场量子密钥分发的重要里程碑”，被《物理谈论快报》选为“修改引荐”论文，并被美国物理学会的Physics杂志进行了专题亮点报导。

上述研讨得到了科技部要点研制方案、国家自然科学基金、教育部、中国科学院、安徽省和济南市的支撑。