中科大量子通訊領(lǐng)域再獲突破性進(jìn)展

我國首次實(shí)現自由空間信道實(shí)現測量設備無(wú)關(guān)量子密鑰的分發(fā)實(shí)驗。

近日，中國科大潘建偉及其同事彭承志、張強等與清華大學(xué)王向斌，中科院上海微系統所尤立星等人合作，首次在國際上實(shí)現了基于遠距離自由空間信道的測量設備無(wú)關(guān)量子密鑰分發(fā)（MDI-QKD）實(shí)驗。

據悉，MDI-QKD 協(xié)議利用雙光子干涉技術(shù)消除了探測端的所有安全漏洞，無(wú)需對測量端的量子設備進(jìn)行任何安全性假設，被認為是各種量子密鑰分發(fā)協(xié)議中的最佳候選協(xié)議之一。

該協(xié)議自2012年提出，在光纖信道方面經(jīng)過(guò)了長(cháng)時(shí)間的發(fā)展后，在距離更遠、密鑰速率更高和網(wǎng)絡(luò )驗證等方向取得了一系列突破。但由于光纖通信和量子信號本身存在一定弊端，MDI-QKD協(xié)議僅憑光纖實(shí)現超遠距離的密鑰分發(fā)仍然很難。

近年來(lái)，隨著(zhù)“墨子號”量子科學(xué)實(shí)驗衛星的成功，基于衛星平臺和地面光纖網(wǎng)相結合的量子通信已成為構建覆蓋全球量子通信網(wǎng)絡(luò )最為可行的手段。但由于大氣湍流的存在，如何在如此不穩定的信道中實(shí)現量子干涉成為了巨大的挑戰。

潘建偉團隊開(kāi)發(fā)了一種具有抵抗強湍流能力的自適應光學(xué)系統，并使用超穩晶振作為獨立時(shí)鐘源，成功實(shí)現了MDI-QKD在自由空間信道中傳輸，讓于衛星平臺和地面光纖網(wǎng)相結合的量子通信能夠得以實(shí)現。

此外，在MDI-QKD以外的許多量子信息任務(wù)中，實(shí)現獨立單光子在自由空間信道中長(cháng)距離傳播后的量子干涉是不可避免的。

這項實(shí)驗成果不僅實(shí)現了將 MDI-QKD 從光纖信道拓展到自由空間信道的突破，也開(kāi)啟了在自由空間信道中實(shí)現基于遠距離量子干涉的更復雜的量子信息處理任務(wù)的可能。

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