830公里！中国科大再创光纤量子密钥分发安全传输距离世界纪录

来源：中科院量子信息重点实验室

中国科学技术大学郭光灿院士领导的中国科学院量子信息重点实验室在量子密钥分发的研究方面取得重要进展。该实验室的韩正甫教授及其合作者王双、银振强、何德勇、陈巍等实现了830公里光纤信道量子密钥分发，将安全传输距离的世界纪录提升了200余公里，向实现千公里陆基量子保密通信迈出了重要的一步。相关研究成果于1月17日在线发表在国际知名学术期刊《Nature Photonics》上。

量子密钥分发基于量子物理的原理，在信息论安全的层面上提供了窃听可感知的密钥分发手段。光量子是量子信息的天然载体，但是线路中不可避免的损耗限制了量子密钥分发的安全距离，也是制约广域量子保密通信网络部署和应用的关键因素之一。因此，如何延长光量子密钥分发直接传输的安全距离，成为了当前极具挑战的难点和焦点之一。

2018年提出的双场协议突破了原有的理论极限，但其理论的完善和实验技术的开拓极具挑战性。郭光灿、韩正甫研究组在2019年首先提出了免相位后选择的双场类协议（Physical Review Applied, 11, 034053(2019)），并首次在300公里光纤信道中验证了此类协议的可行性（Physical Review X, 9, 021046(2019)）。

图1. 郭光灿、韩正甫团队成果与国内外其他团队成果的对比

经过2年多的探索，郭光灿、韩正甫团队提出了改进的四相位调制双场协议，并进一步提升了独立光源的锁相稳频技术、高带宽信道相位补偿技术、以及高信噪比的单光子探测信号甄别技术等关键技术，将光纤双场量子密钥分发的安全传输距离延长至830公里以上。相比于国内外其他研究团队的工作，该成果不仅将传输距离从五、六百公里大幅提升至八百余公里，而且将安全码率提升了50～1000倍，为实现千公里量级陆基广域量子保密通信网络迈出了重要的一步。

王双教授、银振强教授是该工作的共同第一作者，何德勇高级工程师、陈巍研究员和韩正甫教授是该工作的共同通讯作者。该成果的合作单位还包括亨通光电、上海大学和俄罗斯Scontel公司等。这项工作得到了科技部、国家自然科学基金委、中科院、教育部和安徽省的资助。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41566-021-00928-2

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