我首次验证远距离双场量子密钥分发可行性

记者从中国科学技术大学获悉，该校潘建伟及其同事张强、刘洋与国内合作者携手，在300公里真实环境的光纤中完成了双场量子密钥分发实验。相关研究成果近日在线发表在国际权威学术期刊《物理评论快报》上。
限于通信光纤的损耗和探测器的噪声等原因，量子密钥分发系统通常只能在100公里内获得较高成码率。目前安全性最高的测量设备无关量子密钥分发系统，最远成码距离是潘建伟团队于2016年实验实现的404公里。最近，英国东芝公司的科学家提出了一种新型的量子密钥分发方案——双场量子密钥分发方案，巧妙地利用单光子干涉的特性，将成码率与距离的关系从一般量子密钥分发的线性关系提升至平方根的水平，因此可以获得远超一般量子密钥分发方案的成码距离，并且理论上可以获得远高于一般量子密钥分发方案的成码率，为远距离、高性能量子密钥分发提供了新的方向。
然而，实现双场量子密钥分发方案的实验条件极其苛刻。科研人员提出了基于“发送—不发送”的双场量子密钥分发方案，大大提高了对相位噪声的容忍能力并严格证明了安全性。他们发展了高速高稳定性相位锁定技术、高性能调制与链路相位估计方案，在现实环境下相位剧烈变化的300公里光纤信道上，实现了双场量子密钥分发。在考虑统计涨落及有限长度分析等重要理论要求后，在300公里处，密钥生成率达到2016年实验的50倍，并打破了一般无中继量子密钥分发方案的最高成码率理论极限，而且是唯一考虑了有限码长效应的实验。
这项成果不仅完整实现了300公里的双场量子密钥分发，该方案也验证了700公里以上光纤远距离量子密钥分发的可行性，有望成为新一代远距离城际量子密钥分发的基础。审稿人评论其为“实用双场量子密钥分发的重要里程碑”。