833.8公里！我国光纤量子密钥分发距离创世界纪录

中国科学技术大学郭光灿院士团队实现833.8公里的光纤量子密钥分发，创下世界纪录！近日，中国科学技术大学郭光灿院士团队韩正甫教授及其合作者王双、银振强、何德勇、陈巍等，实现833.8公里光纤量子密钥分发，将安全传输距离世界纪录提升了200余公里，向实现千公里陆基量子保密通信迈出重要一步。该成果近期在线发表于《自然·光子学》(Nature Photonics)。

量子密钥分发(QKD)为基于物理协议、在远程对象之间信息共享的安全密钥提供了一种有效解决方案。根据量子物理学定律，为保障量子通信安全，携带信号的光量子不能通过经典光学技术放大或传递。因此，信道的传输损耗限制了可传输的距离，这成为构建大规模量子保密通信网络的重大障碍。此次团队研究出一种可容忍超过140 dB（分贝）的信道损耗，并实现833.8 公里安全传授距离的QKD系统，创造了基于光纤的量子密钥分发新纪录。此外，经过改进的四相位调制双场协议，使安全码率比以往记录高出两个数量级，提升了50至1000倍。该研究成果在用于建设千公里规模的可靠、高效的地面量子保密通信网络方面取得了突破。

如何延长光量子密钥分发直接传输的安全距离，一直是世界当前极具挑战的难点之一。量子密钥分发(QKD)基于量子物理学的基本原理，在信息安全层面上提供了可感知窃听的密钥分发手段。光量子是量子信息的天然载体，但线路中不可避免的损耗，限制了量子密钥分发的安全距离。这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。

2018年，英国科学家提出双场量子密钥分发协议，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仍极具挑战性。2019年，郭光灿、韩正甫研究组率先提出了免相位后选择的双场类协议，并首次在300公里的光纤信道中验证了协议的可行性。最终经过2年多的探索，研究团队提出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、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，延长至前所未有的833.8公里。这一重大研究成果，向实现千公里量级的陆基广域量子保密通信网络迈出关键一步。

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