光纤量子通信世界新纪录！潘建伟、王向斌团队实现 509 公里地基量子密钥分发

中国科学技术大学潘建伟团队与清华大学王向斌团队联合实现509公里地基量子密钥分发，刷新世界纪录。具体内容如下：研究背景与突破：我国量子通信技术长期处于世界前列，此前已发射“墨子号”量子卫星、开通“京沪干线”量子保密通信干线，并不断突破量子密钥分发距离。此次研究突破远距离独立激光相位干涉技术，实现500公里量级真实环境光纤的双场量子密钥分发（TF-QKD），刷新世界纪录。研究成果发表于《物理学评论快报》（Physical Review Letters），并入选“编辑推荐”文章。“发送—不发送”双场量子密钥分发方案：提出者：由清华大学王向斌教授提出。原理：利用单光子干涉特性，提高对相位噪声的容忍能力和安全性，使长距离成码率维持较高水平。优势：突破无中继情形下成码率的线性界限，实现远距离安全通信。技术要求：两个远程独立激光器的单光子级干涉。通过单光子探测结果精准估计长距离光纤链路相对相位快速漂移。需要高计数率、高效率及超低暗计数的单光子探测器。509公里实验实现与关键技术：实验成果：在509公里超低损耗光纤上实现安全密钥分发，突破无中继量子密钥的绝对密钥速率限制。关键技术：发展时频传输技术和激光注入锁定技术，锁定两个独立远程激光器的波长。利用附加相位参考光估计光纤相对相位快速漂移。结合中科院上海微系统所研制的高计数率低噪声单光子探测器。实验装置：Alice和Bob为远程锁频稳定连续波激光器，通过相位调制器（PM）和三个强度调制器（IM1、IM2、IM3）进行相位随机化、编码和诱饵强度调制。装置中还包括衰减器（ATT）、偏振控制器（PC）、偏振分束器（PBS）、密集波分复用器（DWDM）、循环器（CIR）、分束器（BS）、法拉第镜（FM）和光电二极管（PD）。实验成果与意义：成码率提升：509公里处的光纤成码率比传统无中继量子密钥分发高7倍以上，超过理想探测装置下的无中继量子密钥分发成码极限。系统升级潜力：若系统重复频率升级至1GHz，300公里处成码率可达5kbps，减少骨干光纤量子通信网络中的可信中继数量，大幅提升安全性。研究意义：解决远距离安全量子通信的两大挑战（现实条件下的安全性和远距离传输问题），为量子互联网打下基础。其他相关研究：2020年3月2日，国际学术期刊《自然·光子学》刊登了潘建伟院士等人的另一篇研究成果，基于清华大学马雄峰教授提出的相位匹配量子密钥分发（PM-QKD）协议，进一步推进远程量子通信发展。