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方案距离-最远成码距离是潘建伟团队于2016年实验实现的404公里

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科技日報訊(記者吳長鋒)記者從中國科學技術大學獲悉,該校潘建偉及其同事張強、劉洋與國內合作者攜手,在300公里真實環境的光纖中完成了雙場量子密鑰分發實驗。相關研究成果近日在線發表在國際權威學術期刊《物理評論快報》上。

限於通信光纖的損耗和探測器的噪聲等原因,量子密鑰分發系統通常只能在100公里內獲得較高成碼率。目前安全性最高的測量設備無關量子密鑰分發系統,最遠成碼距離是潘建偉團隊於2016年實驗實現的404公里。最近,英國東芝公司的科學家提出了一種新型的量子密鑰分發方案——雙場量子密鑰分發方案,巧妙地利用單光子干涉的特性,將成碼率與距離的關係從一般量子密鑰分發的線性關係提升至平方根的水平,因此可以獲得遠超一般量子密鑰分發方案的成碼距離,並且理論上可以獲得遠高於一般量子密鑰分發方案的成碼率,為遠距離、高性能量子密鑰分發提供了新的方向。

這項成果不僅完整實現了300公里的雙場量子密鑰分發,該方案也驗證了700公里以上光纖遠距離量子密鑰分發的可行性,有望成為新一代遠距離城際量子密鑰分發的基礎。審稿人評論其為「實用雙場量子密鑰分發的重要里程碑」。

然而,實現雙場量子密鑰分發方案的實驗條件極其苛刻。科研人員提出了基於「發送—不發送」的雙場量子密鑰分發方案,大大提高了對相位噪聲的容忍能力並嚴格證明了安全性。他們發展了高速高穩定性相位鎖定技術、高性能調製與鏈路相位估計方案,在現實環境下相位劇烈變化的300公里光纖信道上,實現了雙場量子密鑰分發。在考慮統計漲落及有限長度分析等重要理論要求后,在300公里處,密鑰生成率達到2016年實驗的50倍,並打破了一般無中繼量子密鑰分發方案的最高成碼率理論極限,而且是唯一考慮了有限碼長效應的實驗。

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