新華社天津3月9日電(記者張漫子)上海量子信息科學(xué)研究院袁之良團(tuán)隊(duì)首創(chuàng)量子秘鑰分發(fā)開(kāi)放式新構(gòu)架，采用光頻梳技術(shù)，成功實(shí)現(xiàn)615公里光纖量子通訊。該構(gòu)架在確保量子通訊安全性的同時(shí)，能急劇減少系統(tǒng)建設(shè)成本，為我國(guó)建設(shè)多節(jié)點(diǎn)廣域量子網(wǎng)路奠定基礎(chǔ)。相關(guān)成果近日發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)刊物《自然-通信》。
安全是量子通訊的最大特點(diǎn)。作為量子通訊的主要方法之一，量子秘鑰分發(fā)基于量子的不可檢測(cè)性、不可克隆性，利用“一次一密”的加密方法，為量子通訊上了一把“安全鎖”。“雙場(chǎng)”是目前所有量子秘鑰分發(fā)合同中，最適宜遠(yuǎn)距離傳輸?shù)囊环N。
上海量子信息科學(xué)研究院首席科學(xué)家袁之良介紹，雙場(chǎng)構(gòu)架下量子通訊量子通訊協(xié)議，須要相距遙遠(yuǎn)的兩個(gè)獨(dú)立激光源各自發(fā)出“信號(hào)”。假如激光源發(fā)射的“信號(hào)”頻率不同，還會(huì)出現(xiàn)傳輸中的“信號(hào)”失誤。想要避開(kāi)“信號(hào)”失誤，就須要一個(gè)能實(shí)現(xiàn)兩端“信號(hào)”頻率相同的“工具”：服務(wù)光纖。這意味著通訊兩端之間還需額外架設(shè)“一條路”，這也就構(gòu)成了由“兩條路”構(gòu)成的傳統(tǒng)構(gòu)架。
“傳統(tǒng)構(gòu)架，意味著搭建雙倍寬度的光纖，成本高且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)上去貴且困難，不利于未來(lái)多節(jié)點(diǎn)廣域量子保密網(wǎng)路的建設(shè)。”袁之良說(shuō)。
這次我國(guó)科學(xué)家首創(chuàng)的新構(gòu)架新在何處？上海量子信息科學(xué)研究院光量子通訊與元件團(tuán)隊(duì)成員周來(lái)打了一個(gè)比方：“如果想要在上海、青島兩地之間進(jìn)行‘量子通話’，過(guò)去需在遙遠(yuǎn)的通訊兩端之間連通‘兩條路’。新構(gòu)架出現(xiàn)后‘一條路’就已足夠。”
為“節(jié)省”下服務(wù)光纖但保留其發(fā)揮的作用，袁之良團(tuán)隊(duì)首次將光頻梳技術(shù)應(yīng)用于雙場(chǎng)量子秘鑰分發(fā)。“光頻梳技術(shù)，就好比把一束單頻度的光，弄成像多個(gè)‘梳子齒’一樣分隔開(kāi)來(lái)、不同頻度的多束光。利用這把神奇的‘梳子’，無(wú)需架設(shè)服務(wù)光纖量子通訊協(xié)議，即可實(shí)現(xiàn)通訊兩端‘信號(hào)’的頻度校準(zhǔn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)量子信息的確切傳輸。”周來(lái)說(shuō)。
據(jù)悉，在實(shí)際的超長(zhǎng)距離量子通訊中，光纖不免會(huì)發(fā)生快速晃動(dòng)，也會(huì)影響傳輸“信號(hào)”的確切。光頻梳技術(shù)還可同步解決光纖晃動(dòng)的問(wèn)題，大大減低噪音對(duì)量子訊號(hào)的影響，確保光纖量子信息長(zhǎng)距離傳輸?shù)木珳?zhǔn)。
“作為世界上首個(gè)開(kāi)放式構(gòu)架的雙場(chǎng)量子秘鑰分發(fā)系統(tǒng)，成功實(shí)現(xiàn)615公里的光纖量子通訊，在量子通訊的實(shí)現(xiàn)方案方面有了創(chuàng)新突破。”《自然-通信》審稿人之一、量子通訊科學(xué)家王雙8日接受記者專(zhuān)訪時(shí)表示，這一新構(gòu)架有助于光纖量子秘鑰分發(fā)距離向千公里級(jí)別突破，為未來(lái)我國(guó)建設(shè)多節(jié)點(diǎn)廣域量子網(wǎng)路奠定基礎(chǔ)。