我國科學家首創開放式新架構，實現 615 公里光纖量子通信

it之家 3 月 9 日消息，it之家從北京量子信息科學研究院官方公眾號獲悉，近日，該院袁之良團隊，利用光頻梳技術首次實現開放式架構雙場量子密鑰分發系統，完成 615 公里光纖量子密鑰分發實驗。該架構在確保量子通信安全性的同時，能大幅降低系統建設成本，為我國建設多節點廣域量子網絡奠定基礎。相關成果日前發表於國際學術期刊《自然-通訊》。

量子密鑰分發基於量子物理的基本原理和一次一密的加密方式，可實現無條件安全通信。2018 年英國東芝歐洲研究所提出新型雙場協議，使得安全成碼率以信道衰減的平方根線性下降，在無中繼的情況下可突破碼率界限，是實現 500 公里以上光纖量子通信的可行方案。

雙場協議的實現需要兩個異地的獨立激光源在第三方遠程節點處實現穩定的單光子干涉，但通信雙方激光源的微小頻差與長距離光纖造成的快速相位漂移都對干涉有重要影響。目前，傳統的方案是在遙遠兩地間架設服務光纖作為傳輸媒介，然後通過時頻傳輸或者光學鎖相環等技術，完成兩地激光源的頻率鎖定，這種閉合光纖架構（見圖 a）非常不利於多節點的廣域量子保密網絡應用。

a）傳統閉合光纖架構；b）北京量子院研發的開放式架構

袁之良團隊基於自主開發的相干邊帶穩相與異地激光源頻率校準技術，研製出首個開放式架構、無需服務光纖的新型雙場量子密鑰分發系統（見圖 b），實現了低損耗光纖四百公里級、五百公里級、六百公里級的安全成碼，並且打破無中繼量子密鑰分發的碼率界限，還成功演示了臂長差為百公里的量子密鑰分發實驗（目前最長臂長差記錄）。

相較之前的實驗成果，量子信號光的相位漂移速率降低 1000 多倍，大大降低相位參考光的噪聲影響，有助於光纖量子密鑰分發距離向千公里級別突破。基於光頻梳的開放式架構有利於未來構建多用戶多節點的城際量子保密網絡，並對基於單光子干涉的分佈式量子網絡具有重要意義。