近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉及其同事彭承志、曹原等與清華大學(xué)王向斌，中科院上海微系統(tǒng)所尤立星等人合作，首次在國(guó)際上實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離測(cè)量設(shè)備無(wú)關(guān)的自由空間-光纖混合量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)，并此基礎(chǔ)上完成了白天高背景噪聲條件和衛(wèi)星-地面多普勒頻移補(bǔ)償?shù)闰?yàn)證。相關(guān)成果于2023年9月6日（北京時(shí)間）在線發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《物理評(píng)論快報(bào)》雜志上 [Phys. Rev. Lett. 131, 100802 (2023)]。這項(xiàng)成果全方位驗(yàn)證了星地間測(cè)量設(shè)備無(wú)關(guān)量子密鑰分發(fā)（MDI-QKD）的可行性，向基于衛(wèi)星的全球化、高安全性量子通信網(wǎng)絡(luò)邁出了重要一步。

MDI-QKD協(xié)議利用雙光子干涉技術(shù)消除了探測(cè)端的所有安全漏洞，無(wú)需對(duì)測(cè)量端的量子設(shè)備進(jìn)行任何安全性假設(shè)，被認(rèn)為是各種量子密鑰分發(fā)協(xié)議中的最佳候選協(xié)議之一；而利用自由空間信道和衛(wèi)星是目前實(shí)現(xiàn)全球化量子通信網(wǎng)絡(luò)的最有效途徑。2020年，實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)獨(dú)立光源鎖頻、獨(dú)立時(shí)鐘同步、抗強(qiáng)湍流的自適應(yīng)光學(xué)[Opt. Express 28, 36600 (2020); Opt. Express 30, 11684 (2022)] 等技術(shù)的發(fā)展，在國(guó)際上首次將該協(xié)議拓展到自由空間信道 [Phys. Rev. Lett. 125, 260503 (2020)]。

在本工作中，實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步挖掘了MDI-QKD協(xié)議的潛能，并探索將其擴(kuò)展到衛(wèi)星平臺(tái)的可行性。為了實(shí)現(xiàn)實(shí)用化的星地MDI-QKD網(wǎng)絡(luò)，需要克服自由空間與光纖組網(wǎng)、白天高背景噪聲以及多普勒頻移等困難。首先，量子干涉測(cè)量可作為天然的星型網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，非常方便的連接自由空間和光纖信道。實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)通過(guò)構(gòu)建多個(gè)發(fā)射端和信道，配合自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)和單模光纖耦合，演示了自由空間-光纖接口以及星形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)首次揭示了基于雙光子干涉的符合探測(cè)可以使MDI-QKD協(xié)議獲得極大的容忍背景噪聲的能力，實(shí)現(xiàn)了正午強(qiáng)烈日光背景下的MDI-QKD實(shí)驗(yàn)演示。更近一步，面向星地間存在高速相對(duì)運(yùn)動(dòng)的情形，實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)模擬并補(bǔ)償了衛(wèi)星過(guò)境期間的多普勒頻移，將全程的HOM干涉可見(jiàn)度提高到接近理論極限。通過(guò)這些實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)全方位驗(yàn)證了星地MDI-QKD的可行性，為未來(lái)天地一體、高安全性量子通信網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

圖 1 實(shí)驗(yàn)裝置圖

該工作的共同第一作者為李宇懷副研究員和博士研究生李雙林。上述項(xiàng)目受到了安徽省、科技部、中科院、上海市和國(guó)家自然科學(xué)基金委的支持。

論文鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.100802

（合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家研究中心、物理學(xué)院、中科院量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院、科研部）

新聞鏈接：http://news.ustc.edu.cn/info/1055/84729.htm

網(wǎng)站內(nèi)容來(lái)源于互聯(lián)網(wǎng)，由網(wǎng)絡(luò)編輯負(fù)責(zé)審查，目的在于傳遞信息，提供專(zhuān)業(yè)服務(wù)，不代表本網(wǎng)站平臺(tái)贊同其觀點(diǎn)和對(duì)其真實(shí)性負(fù)責(zé)。如因內(nèi)容、版權(quán)問(wèn)題存在異議的，請(qǐng)與我們?nèi)〉寐?lián)系，我們將協(xié)調(diào)給予處理（按照法規(guī)支付稿費(fèi)或刪除），聯(lián)系方式：ahos@aiofm.ac.cn 。網(wǎng)站平臺(tái)將加強(qiáng)監(jiān)控與審核，一旦發(fā)現(xiàn)違反規(guī)定的內(nèi)容，按國(guó)家法規(guī)處理，處理時(shí)間不超過(guò)24小時(shí)。