6月24日,从济南量子技术研究院获悉,日前,济南量子技术研究院与中国科技大学合作,突破现场远距离高性能单光子干涉关键技术,采用两种不同技术方案,分别实现428公里和511公里的双场量子密钥分发,创造了现场无中继光纤量子密钥分发传输距离的新世界纪录。
量子的“不可克隆”原理,理论上保证了量子通信的安全性,但量子特性也使得量子通信不能像传统光通信那样,通过中继放大信号,因此量子通信的光纤传输距离受到信号损耗的限制。
双场量子密钥分发是一种新技术,适合于实现远距离量子通信。此前,济南量子技术研究院团队已经在实验室内实现超过500公里双场量子密钥分发,但由于量子信号特别脆弱,实际应用场景中的声音、震动、温度变化等都会产生干扰,同时光缆的热胀冷缩效应,以及同一光缆中不同光纤间的信号串扰等,都使得在实际场景的苛刻环境下,实现双场量子密钥分发极其困难。
近期,济南量子技术研究院与中国科技大学合作,在连接济南与青岛的“济青干线”现场光缆上,基于济南量子技术研究院王向斌提出的“发送—不发送”双场量子密钥分发协议,研发出时频传输技术和激光注入锁定技术,将现场相隔几百公里的两个独立激光器的波长锁定为相同。再针对现场复杂的链路环境,开发了光纤长度及偏振变化实时补偿系统,并精心设计了量子密钥分发光源的波长,通过窄带滤波将串扰噪声滤除。最终在现场将无中继光纤密钥分发的安全成码距离推至500公里以上。其中,采用激光注入锁定实现了428公里双场量子密钥分发,利用时频传递技术实现了511公里双场量子密钥分发。
据介绍,上述研究成果成功创造了现场光纤无中继量子密钥分发距离的新世界纪录,超过500公里的光纤成码率,打破了传统无中继量子密钥分发所限定的成码率极限。在实际环境中证明了双场量子密钥分发的可行性,为实现长距离光纤量子网铺平了道路。日前,国际著名学术期刊《物理评论快报》和《自然·光子学》分别发表了这一研究成果。
据悉,自2011年成立之日起,济南量子技术研究院就一直致力于实用化量子通信理论和技术研究。基于理论的不断完善和技术的不断创新,曾首次在实验室实现双场量子密钥分发,相继创造了404公里、509公里点对点光纤量子密钥分发最远传输距离世界记录。
未来,济南量子技术研究院将继续推动量子保密通信从实用化全面步入产业化阶段,加速构建实用化天地一体化广域量子通信网络,助力济南培育千亿级量子信息产业。
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