中国科大科学家实现千公里无中继光纤量子密钥分发

记者从中国科学技术大学获悉，该校潘建伟、张强等与清华大学王向斌、济南量子技术研究院刘洋、中国科学院上海微系统与信息技术研究所尤立星、张伟君等合作，通过发展低串扰相位参考信号控制、极低噪声单光子探测器等技术，实现了光纤中1002公里点对点远距离量子密钥分发，不仅创下了光纤无中继量子密钥分发距离的世界纪录，也提供了城际量子通信高速率主干链路的方案。

远距离量子密钥分发实验系统原理图。（中国科学技术大学研究团队供图）

量子密钥分发基于量子力学基本原理，可以在用户间进行安全的密钥分发，结合“一次一密”的加密方式，进而可实现最高安全性的保密通信。然而，量子密钥分发的距离一直受到通信光纤的固有损耗和探测器噪声等因素的限制。双场量子密钥分发协议利用单光子干涉的特性，可以有效提升量子密钥分发系统工作距离。

据了解，在这项工作中，研究团队采用了王向斌等人提出的“发送—不发送”双场量子密钥分发协议，与长飞光纤光缆股份有限公司合作，采用了基于“纯二氧化硅纤芯”技术的超低损光纤。中国科学院上海微系统与信息技术研究所发展了极低噪声超导单光子探测器，研究团队还发展了时分复用的双波长相位估计方案。

该工作实现了最远达1002公里的双场量子密钥分发，获得0.0034比特每秒成码率。对系统参数进行优化后，在202公里光纤距离下获得47.06千比特每秒成码率，并且在300公里和400公里光纤距离下，获得的成码率相较原始“测量器件无关”量子密钥分发提高了6个数量级。

研究人员介绍，该工作不仅验证了极远距离下双场量子密钥分发方案的可行性，也验证了在城际光纤距离下，采用该协议可以实现高成码率的量子密钥分发，适合城际量子通信主干链路使用。

近日，相关研究成果发表于国际权威学术期刊《物理评论快报》。