上海量子信息科學研究所袁志良團隊首創了量子密鑰分發的新型開放架構，利用光頻梳技術成功實現了615公里光纖量子通信。 該框架在保證量子通信安全的同時，可以大幅降低系統建設成本，為我國多節點廣域量子網絡建設奠定基礎。 相關成果近日發表在國際學術期刊《-》上。
安全性是量子通信的最大特點。 量子密鑰分發作為量子通信的主要方式之一，其基礎是量子的不可檢測性和不可克隆性。 它采用“一次性一密本”加密方式，為量子通信提供一把“安全鎖”。 “雙場”是目前所有量子密鑰分配合約中最適合長距離傳輸的。
上海量子信息科學研究所首席科學家袁志良介紹，雙場架構下的量子通信需要兩個相距較遠的獨立激光源，各自發出“信號”。 如果激光源發出的“信號”頻率不同，傳輸中也會出現“信號”錯誤。 如果想要避免“信號”錯誤，就需要一個可以在兩端實現相同“信號”頻率的“工具”：服務光纖。 這意味著通信兩端之間需要額外架設一條“一路”，構成傳統的由“兩條路”組成的框架。
圖a是傳統的封閉式光纖結構。 圖b是中國科學家袁志良團隊首創的開放式架構，可以在保證量子通信安全的同時降低系統建設成本。 （圖表由受訪者繪制）
“傳統架構意味著建設雙寬度光纖，成本高、結構復雜，系統運維成本高、難度大，不利于未來多節點廣域量子安全網絡的建設。” 袁志良說道。
這次中國科學家開創的新框架在哪里？ 上海量子信息科學研究所光量子通信及器件團隊成員周來打了個比方：“上海和青島之間想要進行‘量子通話’，過去必須連接兩個遠程通信結束。‘一種方式’。當新框架出現時，‘一種方式’就足夠了。”
圖為上海量子信息科學研究所量子密鑰分配實驗室。新華社記者 張滿子 攝
為了“拯救”業務光纖但保留其作用，袁志良團隊首次將光頻梳技術應用于雙場量子密鑰分配。 “光頻梳技術就像將單頻光變成多束不同頻率的光印度 量子通訊，就像多個‘梳齒’一樣分開。使用這種神奇的‘梳子’，無需架設業務光纖，就可以對光頻率進行校準。”可以實現通信兩端的‘信號’，從而實現量子信息的精確傳輸。” 周說。
據悉，在實際的超長距離量子通信中，光纖不可避免地會出現快速晃動，這也會影響傳輸“信號”的準確性。 光頻梳技術還可以同時解決光纖晃動問題印度 量子通訊，大大降低噪聲對量子信號的影響，保證光纖量子信息長距離傳輸的準確性。
“作為全球首個開放架構雙場量子密鑰分配系統，已成功實現615公里光纖量子通信，在量子通信實現上取得了創新性突破。” 《自然-通訊》審稿人之一量子通信科學家王爽8日接受記者專訪時表示，這種新架構將幫助光纖量子密鑰分發距離突破千公里級別，奠定光纖量子密鑰分配距離的基礎。為我國未來建設多節點廣域量子網絡奠定基礎。
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