今日聚焦!中國科學家量子領域新突破！可實現(xiàn)城際實時“量子通話”

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在量子通信中，更高的密鑰率能顯著提高量子通信效率。北京量子信息科學研究院袁之良團隊與南京大學物理學院副教授尹華磊合作，首次在實驗中實現(xiàn)了打破安全碼率-距離界限的異步測量設備無關量子密鑰分發(fā)，成功實現(xiàn)508公里光纖量子通信，并創(chuàng)下破紀錄的城際密鑰率和雙光子干涉距離，可實現(xiàn)城際間實時“量子通話”。6月20日，相關研究成果發(fā)表在《物理評論快報》。

量子密鑰分發(fā)是基于量子物理的基本原理，在通信用戶之間生成安全密鑰，然后通過“一次一密”的方式對信息進行加密傳輸，從而保證通信絕對安全。更高安全密鑰率，能提升量子通信的效率。常用的點對點量子密鑰分發(fā)的密鑰率，會隨信道的損耗呈線性衰減；雙場量子密鑰分發(fā)更適合遠距離傳輸，但實現(xiàn)起來相對復雜，需要增設相位跟蹤、頻率校準等模塊。2022年，尹華磊等人提出了一種新穎的異步測量設備無關量子密鑰分發(fā)協(xié)議，其中的異步配對技術可大大降低系統(tǒng)中對激光源、相位穩(wěn)定性等的嚴格要求，在中長距離還可實現(xiàn)更高的安全密鑰率。

袁之良團隊與尹華磊合作，將異步匹配技術應用于量子通信，研制出在200微秒時間間隔內(nèi)仍可進行穩(wěn)定異步雙光子干涉的量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)，大大提高了密鑰率。同時，新技術集中了兩種協(xié)議的優(yōu)勢，可以通過更簡單的架構，實現(xiàn)盡可能長的量子通信距離。

科研團隊將“測量設備無關協(xié)議”的最大光纖傳輸距離從404公里提高到508公里，刷新了雙光子干涉距離紀錄。此外，他們還創(chuàng)造了城際量子密鑰率的新紀錄，在相距400公里處的密鑰率較此前提高了6個數(shù)量級；在傳輸距離201公里下，量子密鑰率超過每秒57000比特；傳輸距離306公里下，量子密鑰率超過每秒5000比特。

這一科研成果，可滿足語音通信等實時加密需求，也就是可以撥打城際“量子電話”。這對于商用化、高安全城際量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的發(fā)展，以及助力我國構建經(jīng)濟高效的城際量子安全網(wǎng)絡都具有重要意義。

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