中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士領(lǐng)導(dǎo)的中國科學(xué)院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在量子密鑰分發(fā)的研究方面取得重要進(jìn)展。該實(shí)驗(yàn)室的韓正甫教授及其合作者王雙、銀振強(qiáng)、何德勇、陳巍等實(shí)現(xiàn)了830公里光纖信道量子密鑰分發(fā)，將安全傳輸距離的世界紀(jì)錄提升了200余公里，向?qū)崿F(xiàn)千公里陸基量子保密通信邁出了重要的一步。相關(guān)研究成果于1月17日在線發(fā)表在國際知名學(xué)術(shù)期刊《Nature Photonics》上。

量子密鑰分發(fā)基于量子物理的原理，在信息論安全的層面上提供了竊聽可感知的密鑰分發(fā)手段。光量子是量子信息的天然載體，但是線路中不可避免的損耗限制了量子密鑰分發(fā)的安全距離，也是制約廣域量子保密通信網(wǎng)絡(luò)部署和應(yīng)用的關(guān)鍵因素之一。因此，如何延長光量子密鑰分發(fā)直接傳輸?shù)陌踩嚯x，成為了當(dāng)前極具挑戰(zhàn)的難點(diǎn)和焦點(diǎn)之一。

2018年提出的雙場協(xié)議突破了原有的理論極限，但其理論的完善和實(shí)驗(yàn)技術(shù)的開拓極具挑戰(zhàn)性。郭光燦、韓正甫研究組在2019年首先提出了免相位后選擇的雙場類協(xié)議（Physical Review Applied, 11, 034053(2019)），并首次在300公里光纖信道中驗(yàn)證了此類協(xié)議的可行性（Physical Review X, 9, 021046(2019)）。

圖1. 郭光燦、韓正甫團(tuán)隊(duì)成果與國內(nèi)外其他團(tuán)隊(duì)成果的對(duì)比

經(jīng)過2年多的探索，郭光燦、韓正甫團(tuán)隊(duì)提出了改進(jìn)的四相位調(diào)制雙場協(xié)議，并進(jìn)一步提升了獨(dú)立光源的鎖相穩(wěn)頻技術(shù)、高帶寬信道相位補(bǔ)償技術(shù)、以及高信噪比的單光子探測(cè)信號(hào)甄別技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，將光纖雙場量子密鑰分發(fā)的安全傳輸距離延長至830公里以上。相比于國內(nèi)外其他研究團(tuán)隊(duì)的工作，該成果不僅將傳輸距離從五、六百公里大幅提升至八百余公里，而且將安全碼率提升了50～1000倍，為實(shí)現(xiàn)千公里量級(jí)陸基廣域量子保密通信網(wǎng)絡(luò)邁出了重要的一步。

王雙教授、銀振強(qiáng)教授是該工作的共同第一作者，何德勇高級(jí)工程師、陳巍研究員和韓正甫教授是該工作的共同通訊作者。該成果的合作單位還包括亨通光電、上海大學(xué)和俄羅斯Scontel公司等。這項(xiàng)工作得到了科技部、國家自然科學(xué)基金委、中科院、教育部和安徽省的資助。

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41566-021-00928-2

（中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、中科院量子信息和量子科技創(chuàng)新研究院、科研部）

新聞鏈接：http://news.ustc.edu.cn/info/1055/78238.htm

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