科技日报记者 华凌
记者3月8日从北京量子信息科学研究院获悉，该研究院袁之良团队利用光频梳技术首次实现开放式架构双场量子密钥分发系统，完成615公里光纤量子密钥分发实验。相关研究成果发表在最新一期的《自然·通讯》上。
据了解，量子密钥分发基于量子物理的基本原理和一次一密的加密方式，可实现无条件安全通信。2018年英国东芝欧洲研究所提出新型双场协议，使得安全成码率以信道衰减的平方根线性下降，在无中继的情况下可突破码率界限，是实现500公里以上光纤量子通信的可行方案。
双场协议的实现需要两个异地独立激光源在第三方远程节点处实现稳定的单光子干涉，但通信双方激光源的微小频差与长距离光纤造成的快速相位漂移都对干涉有重要影响。目前，传统方案是在遥远两地间架设服务光纤作为传输媒介，然后通过时频传输或者光学锁相环等技术，完成两地激光源的频率锁定。
“传统架构，意味着搭建双倍长度的光纤，成本高且结构复杂，系统运行维护起来贵且困难，不利于未来多节点广域量子保密网络的建设。”袁之良说。
据介绍，研究团队基于自主开发的相干边带稳相与异地激光源频率校准技术，研制出首个开放式架构、无须服务光纤的新型双场量子密钥分发系统，实现低损耗光纤四百公里级、五百公里级、六百公里级的安全成码，并打破无中继量子密钥分发的码率界限，还成功演示臂长差为百公里的量子密钥分发实验(目前最长臂长差记录)。
此次我国科学家首创的新架构新在何处？北京量子信息科学研究院光量子通信与器件团队成员周来打了一个比方：“如果想要在北京、青岛两地之间进行‘量子通话’，过去需在遥远的通信两端之间连通‘两条路’。新架构出现后‘一条路’就已足够。”
相较之前的实验成果，量子信号光的相位漂移速率降低千余倍，大大降低相位参考光的噪声影响。
“作为世界上首个开放式架构的双场量子密钥分发系统，成功实现615公里的光纤量子通信，在量子通信的实现方案方面有了创新突破。”《自然·通讯》审稿人之一、量子通信科学家王双8日接受媒体采访时表示，这一新架构有助于光纤量子密钥分发距离向千公里级别突破，为未来我国建设多节点广域量子网络奠定基础。