中國(guó)科學(xué)家量子領(lǐng)域新突破！可實(shí)現(xiàn)城際實(shí)時(shí)“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(xué)研究院袁之良團(tuán)隊(duì)與南京大學(xué)物理學(xué)院副教授尹華磊合作，首次在實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)了打破安全碼率-距離界限的異步測(cè)量設(shè)備無(wú)關(guān)量子密鑰分發(fā)，成功實(shí)現(xiàn)508公里光纖量子通信，并創(chuàng)下破紀(jì)錄的城際密鑰率和雙光子干涉距離，可實(shí)現(xiàn)城際間實(shí)時(shí)“量子通話”。6月20日，相關(guān)研究成果發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》。

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(guò)“一次一密”的方式對(duì)信息進(jìn)行加密傳輸，從而保證通信絕對(duì)安全。更高安全密鑰率，能提升量子通信的效率。常用的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)量子密鑰分發(fā)的密鑰率，會(huì)隨信道的損耗呈線性衰減；雙場(chǎng)量子密鑰分發(fā)更適合遠(yuǎn)距離傳輸，但實(shí)現(xiàn)起來(lái)相對(duì)復(fù)雜，需要增設(shè)相位跟蹤、頻率校準(zhǔn)等模塊。2022年，尹華磊等人提出了一種新穎的異步測(cè)量設(shè)備無(wú)關(guān)量子密鑰分發(fā)協(xié)議，其中的異步配對(duì)技術(shù)可大大降低系統(tǒng)中對(duì)激光源、相位穩(wěn)定性等的嚴(yán)格要求，在中長(zhǎng)距離還可實(shí)現(xiàn)更高的安全密鑰率。

袁之良團(tuán)隊(duì)與尹華磊合作，將異步匹配技術(shù)應(yīng)用于量子通信，研制出在200微秒時(shí)間間隔內(nèi)仍可進(jìn)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(shí)，新技術(shù)集中了兩種協(xié)議的優(yōu)勢(shì)，可以通過(guò)更簡(jiǎn)單的架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)盡可能長(zhǎng)的量子通信距離。

科研團(tuán)隊(duì)將“測(cè)量設(shè)備無(wú)關(guān)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(jì)錄。此外，他們還創(chuàng)造了城際量子密鑰率的新紀(jì)錄，在相距400公里處的密鑰率較此前提高了6個(gè)數(shù)量級(jí)；在傳輸距離201公里下，量子密鑰率超過(guò)每秒57000比特；傳輸距離306公里下，量子密鑰率超過(guò)每秒5000比特。

這一科研成果，可滿足語(yǔ)音通信等實(shí)時(shí)加密需求，也就是可以撥打城際“量子電話”。這對(duì)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(guó)構(gòu)建經(jīng)濟(jì)高效的城際量子安全網(wǎng)絡(luò)都具有重要意義。

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