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加快打造原始創(chuàng)新策源地，加快突破關(guān)鍵核心技術(shù)，努力搶占科技制高點(diǎn)，為把我國(guó)建設(shè)成為世界科技強(qiáng)國(guó)作出新的更大的貢獻(xiàn)。

——習(xí)近平總書記在致中國(guó)科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場(chǎng)、面向國(guó)家重大需求、面向人民生命健康，率先實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)跨越發(fā)展，率先建成國(guó)家創(chuàng)新人才高地，率先建成國(guó)家高水平科技智庫(kù)，率先建設(shè)國(guó)際一流科研機(jī)構(gòu)。

——中國(guó)科學(xué)院辦院方針

首頁(yè) > 科研進(jìn)展

中國(guó)科大等實(shí)現(xiàn)500公里地基量子密鑰分發(fā)

2020-03-04 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所

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語(yǔ)音播報(bào)

[video:20200305我國(guó)地基量子密鑰分發(fā)距離刷新世界紀(jì)錄](méi)

　　近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、張強(qiáng)、陳騰云等與清華大學(xué)王向斌、馬雄峰，中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所尤立星等合作，突破遠(yuǎn)距離獨(dú)立激光相位干涉技術(shù)，分別實(shí)現(xiàn)了500公里量級(jí)真實(shí)環(huán)境光纖的雙場(chǎng)量子密鑰分發(fā)（TF-QKD）和相位匹配量子密鑰分發(fā)（PM-QKD）。相關(guān)研究成果分別于近期發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《物理評(píng)論快報(bào)》（并被選為“編輯推薦”文章）和《自然-光子學(xué)》上。

　　在量子密鑰分發(fā)（QKD）的長(zhǎng)距離實(shí)際應(yīng)用中，信道損耗是最嚴(yán)重的限制因素?，F(xiàn)有的測(cè)量設(shè)備無(wú)關(guān)量子密鑰分發(fā)（MDI-QKD）采用雙光子復(fù)合事件作為有效探測(cè)事件，使其安全成碼率隨信道衰減線性下降，在無(wú)量子中繼的情形下，安全成碼率受線性界限的約束，而TF-QKD利用單光子干涉作為有效探測(cè)事件，使安全成碼率隨信道衰減的平方根線性下降，甚至可以在無(wú)中繼的情形下輕松突破QKD成碼率線性界限。

　　然而，TF-QKD實(shí)施的技術(shù)要求相當(dāng)苛刻，因?yàn)樗髢蓚€(gè)遠(yuǎn)程獨(dú)立激光器的單光子級(jí)干涉，同時(shí)需要通過(guò)單光子探測(cè)結(jié)果實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離光纖鏈路相對(duì)相位快速漂移的精準(zhǔn)估計(jì)。此外TF-QKD需要同時(shí)滿足高計(jì)數(shù)率、高效率及超低暗計(jì)數(shù)的單光子探測(cè)器。在相關(guān)的這兩項(xiàng)研究中，潘建偉實(shí)驗(yàn)小組分別基于王向斌提出的“發(fā)送-不發(fā)送”的TF-QKD協(xié)議和馬雄峰提出的PM-QKD協(xié)議，發(fā)展時(shí)頻傳輸技術(shù)和激光注入鎖定技術(shù)，將兩個(gè)獨(dú)立的遠(yuǎn)程激光器的波長(zhǎng)鎖定為相同，并利用附加相位參考光來(lái)估計(jì)光纖的相對(duì)相位快速漂移。結(jié)合中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所研制的高計(jì)數(shù)率低噪聲單光子探測(cè)器，最終在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)將QKD的安全成碼距離推至500公里以上。

　　上述研究成果成功創(chuàng)造了地基量子密鑰分發(fā)最遠(yuǎn)距離新的世界紀(jì)錄，在超過(guò)500公里的光纖成碼率打破了傳統(tǒng)無(wú)中繼QKD所限定的成碼率極限，即超過(guò)了理想的探測(cè)裝置（探測(cè)器效率為100%）下的無(wú)中繼QKD成碼極限。如果將系統(tǒng)重復(fù)頻率升級(jí)至京滬干線等遠(yuǎn)距離量子通信網(wǎng)絡(luò)中采用的1GHz，在300公里處，成碼率可達(dá)5kbps，這將大量減少骨干光纖量子通信網(wǎng)絡(luò)中的可信中繼數(shù)量，大幅提升光纖量子保密通信網(wǎng)絡(luò)的安全性。

　　該工作得到科技部、自然科學(xué)基金委、中科院和安徽省等的資助。

　　論文鏈接：1 2

實(shí)現(xiàn)500公里地基量子密鑰分發(fā)

　　[video:20200305我國(guó)地基量子密鑰分發(fā)距離刷新世界紀(jì)錄](méi)
　　近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、張強(qiáng)、陳騰云等與清華大學(xué)王向斌、馬雄峰，中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所尤立星等合作，突破遠(yuǎn)距離獨(dú)立激光相位干涉技術(shù)，分別實(shí)現(xiàn)了500公里量級(jí)真實(shí)環(huán)境光纖的雙場(chǎng)量子密鑰分發(fā)（TF-QKD）和相位匹配量子密鑰分發(fā)（PM-QKD）。相關(guān)研究成果分別于近期發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《物理評(píng)論快報(bào)》（并被選為“編輯推薦”文章）和《自然-光子學(xué)》上。
　　在量子密鑰分發(fā)（QKD）的長(zhǎng)距離實(shí)際應(yīng)用中，信道損耗是最嚴(yán)重的限制因素?，F(xiàn)有的測(cè)量設(shè)備無(wú)關(guān)量子密鑰分發(fā)（MDI-QKD）采用雙光子復(fù)合事件作為有效探測(cè)事件，使其安全成碼率隨信道衰減線性下降，在無(wú)量子中繼的情形下，安全成碼率受線性界限的約束，而TF-QKD利用單光子干涉作為有效探測(cè)事件，使安全成碼率隨信道衰減的平方根線性下降，甚至可以在無(wú)中繼的情形下輕松突破QKD成碼率線性界限。
　　然而，TF-QKD實(shí)施的技術(shù)要求相當(dāng)苛刻，因?yàn)樗髢蓚€(gè)遠(yuǎn)程獨(dú)立激光器的單光子級(jí)干涉，同時(shí)需要通過(guò)單光子探測(cè)結(jié)果實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離光纖鏈路相對(duì)相位快速漂移的精準(zhǔn)估計(jì)。此外TF-QKD需要同時(shí)滿足高計(jì)數(shù)率、高效率及超低暗計(jì)數(shù)的單光子探測(cè)器。在相關(guān)的這兩項(xiàng)研究中，潘建偉實(shí)驗(yàn)小組分別基于王向斌提出的“發(fā)送-不發(fā)送”的TF-QKD協(xié)議和馬雄峰提出的PM-QKD協(xié)議，發(fā)展時(shí)頻傳輸技術(shù)和激光注入鎖定技術(shù)，將兩個(gè)獨(dú)立的遠(yuǎn)程激光器的波長(zhǎng)鎖定為相同，并利用附加相位參考光來(lái)估計(jì)光纖的相對(duì)相位快速漂移。結(jié)合中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所研制的高計(jì)數(shù)率低噪聲單光子探測(cè)器，最終在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)將QKD的安全成碼距離推至500公里以上。
　　上述研究成果成功創(chuàng)造了地基量子密鑰分發(fā)最遠(yuǎn)距離新的世界紀(jì)錄，在超過(guò)500公里的光纖成碼率打破了傳統(tǒng)無(wú)中繼QKD所限定的成碼率極限，即超過(guò)了理想的探測(cè)裝置（探測(cè)器效率為100%）下的無(wú)中繼QKD成碼極限。如果將系統(tǒng)重復(fù)頻率升級(jí)至京滬干線等遠(yuǎn)距離量子通信網(wǎng)絡(luò)中采用的1GHz，在300公里處，成碼率可達(dá)5kbps，這將大量減少骨干光纖量子通信網(wǎng)絡(luò)中的可信中繼數(shù)量，大幅提升光纖量子保密通信網(wǎng)絡(luò)的安全性。
　　該工作得到科技部、自然科學(xué)基金委、中科院和安徽省等的資助。
　　論文鏈接：1 2
　　實(shí)現(xiàn)500公里地基量子密鑰分發(fā)
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